Semi et TechSearch International viennent de publier un rapport sur l’évolution des substrats et des matériaux d’interconnexion. La miniaturisation croissante des matériels électroniques grand public, l’accent mis sur la réduction des coûts et les nouveaux impératifs écologiques dessinent l’avenir de ce domaine.
Les segments en croissance du domaine de l’encapsulation des semi-conducteurs incluent le flip-chip (puce montée retournée) – qui dissipe bien la chaleur et est adapté à un fonctionnement à fréquence élevée, deux qualités primordiales pour les matériels portables sans fil -, le BGA (Ball Grid Array), le CSP (Chip Scale Package), les boîtiers à puces empilées, les SiP (System-in-Package) et les PoP (Package-on-Package). C’est ce qu’indique un rapport intitulé “Global Semiconductor Packaging Materials Outlook”, réalisé par Semi et TechSearch International.
D’une manière générale, les connexions filaires entre les entrées/sorties de la puce et les pattes du boîtier sont de plus en plus remplacées par des connexions à billes ; celles-ci autorisent un plus grand nombre ainsi qu’une plus grande densité de plots d’entrées/sorties (espacement de 140 à 150 µm et prévision d’espacement de l’ordre de 50 à 60 µm pour les circuits intégrés fabriqués en technologie 14 nm). La réalisation des substrats des boîtiers à billes requiert la pose de films par thermocompression et le perçage de vias par laser.
A noter que les boîtiers CSP les plus petits incluent des substrats à largeur de piste et à espacement entre pistes de l’ordre de 15 µm, permettant un pas entre bosses de 110 µm environ. A noter aussi que l’augmentation de l’utilisation du flip-chip entraîne une augmentation de l’utilisation de l’underfill (résine de soutien et de distribution de la chaleur, minimisant les problèmes dus aux différences de dilatation entre le silicium de la puce, d’une part, et le matériau du circuit imprimé ou du substrat, d’autre part).
80% des encapsulations utilisent toujours des interconnexions filaires
Les billes de brasage, qui servent de connexions électriques et qui servent aussi pour le brasage du boîtier sur le circuit imprimé, sont sans plomb et peuvent inclure des éléments servant à modifier leurs propriétés mécaniques et physiques.
Le marché mondial de ces billes de brasage devrait progresser en moyenne de 9,4% par an en dollars et de 11,2% par an en volume entre 2012 et 2017, selon l’étude.
Actuellement, 85% des billes de brasage sont utilisées dans les BGA et les CSP, les 15% restants servant les WLP (Wafer Level Package) – qui correspondent à une encapsulation réalisée au niveau du wafer.
Néanmoins, l’interconnexion filaire (“wire bonding”) conserve sa préséance (voir figure) : elle concerne aujourd’hui encore 80% des boîtiers de circuits intégrés commercialisés ; et elle devrait continuer à croître à raison, en moyenne, de 6% par an jusqu’en 2017.
Ce “wire bonding” connaît lui aussi des changements : les fils en or sont remplacés par des fils en cuivre recouvert de palladium ou PCC pour “Palladium Coated Copper” (43% du total du “wire bonding” en 2013 contre 2% en 2007), moins onéreux. Et le “bonding” à fil d’argent, qui a servi d’abord pour l’encapsulation de LED, prend de l’ampleur.
Ce rapport est disponible auprès de Semi au prix de 5000 $ pour les adhérents à cet organisme et de 6000 $ pour les autres. (voir www.semi.org).
