Les différents procédés de packaging

Les techniques de réalisation d’un packaging peuvent être différentes selon les protections et les spécificités voulues. En effet, le type de composants à encapsuler définit les contraintes appliquées au packaging. Pour répondre aux différents besoins, quatre procédés sont utilisés :

- Le « Glob top » - Le « Dam and Fill »

- Le molding par injection ou lamination - La mise en boitier

I.1.3.1.Le packaging Glob Top

Le packaging « Glob Top » consiste à protéger un composant en le recouvrant de résine polymère. La résine est ensuite polymérisée à l’aide d’un traitement UV ou d’un recuit (four) suivant sa nature. Comme l’illustre la Figure I-6, la protection ainsi créée englobe l’ensemble du composant, ainsi que sa connectique. Le nom de cette technique : « Glob Top », est dû à la forme de goutte que prend la résine une fois déposée sur le composant.

-32- Les résines utilisées sont des résines à base d’époxyde ou silicone. De plus, elles ont une forte thixotropie. Ce terme signifie que la résine est très visqueuse à l’état de repos mais s’écoule facilement en présence d’une agitation mécanique (13). Les époxydes désignent une grande variété de prépolymères comportant un ou plusieurs motifs époxydiques. Après réaction de polycondensation (réticulation) avec un agent durcisseur, ils deviennent des polymères thermodurcis. De plus, ils possèdent de nombreuses propriétés : résistance aux divers agents chimiques, bonnes performances mécaniques (jusqu’à 100°C), stabilité dimensionnelle, … (14).

Les résines silicones réticulent par polycondensation avec : soit un catalyseur (avec ou sans source de chaleur), soit de la chaleur. De plus, comme les résines époxydes, les silicones ont de nombreuses propriétés : tenue en température (supérieur à 150°C), tenue aux chocs thermiques,…(15).

Figure I-6 : Packaging d’un composant réalisé avec la méthode Glob Top (adapté de (16))

Cette technique de packaging réalisée pour les petites et grandes séries, est facile à mettre en œuvre et peu couteuse. De plus, elle protège le composant mécaniquement (choc, vibration) et contre les contaminations (humidité, poussière, produit chimiques). Elle n’est cependant pas hermétique (17).

I.1.3.2.Le packaging par des résines « dam » et « fill »

Cette technologie de packaging « dam and fill » a été développée dans les années 1960. Son nom « dam and fill » provient des différentes étapes de fabrication. En effet, pour la réalisation d’un boitier par « dam and fill », deux étapes sont nécessaires. Comme le schématise la Figure I-7 chacune de ces étapes inclue une résine spécifique. La première étape, appelée « dam », utilise une résine visqueuse pour créer le contour du boitier. La deuxième étape nommée « fill » utilise une deuxième résine plus fluide pour remplir l’intérieur de la cavité ainsi créée.

Les résines mises en œuvre sont à base d’époxyde ou de silicone. Elles sont directement déposées sur les composants afin de les protéger mécaniquement et

-33- chimiquement de l’environnement extérieur. La première résine « dam » a une forte thixotropie. La deuxième résine « fill », a une faible viscosité qui permet un remplissage homogène et sans manque de la zone définie par le cordon « dam », préalablement réalisé. L’ensemble est ensuite placé dans une enceinte thermique, entre 100°C et 200°C, afin de polymériser les résines et figer la géométrie du package ainsi réalisé(12)(18).

Figure I-7 : Procédé de packaging par des résines « dam » à l’étape 1 et résine « fill » à l’étape 2

Sa facilité de mise en œuvre permet une encapsulation à bas coût mais son temps de fabrication, plutôt long, est plus adapté aux dispositifs réalisés en petites et moyennes séries.

I.1.3.3.Le packaging par molding par injection ou

lamination

Le packaging par enrobage (molding en anglais) est couramment utilisé en électronique pour la réalisation de package polymère. Il existe plusieurs techniques de packaging par molding dont deux principales : le molding par injection et celui par lamination.

Le molding par injection, détaillé Figure I-8, permet de réaliser un packaging moulé en injectant un polymère dans un moule contenant le composant. Une fois le polymère refroidi, le moule s’ouvre et le composant packagé est éjecté grâce à des pointes d’éjection. Le packaging ainsi réalisé est fini, prêt à l’emploi (19)(20). Les matériaux utilisés sont principalement des polymères, et plus particulièrement des thermoplastiques.

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Figure I-8 : Schéma de principe du packaging par enrobage ou molding par injection (adapté de (21))

Le molding par lamination, présenté Figure I-9, permet de réaliser un packaging par lamination directe sur un substrat. Ce substrat, comportant plusieurs composants câblés, est inséré dans la partie inférieure de la presse. Puis, une couche de polymère encapsulant est déposée sur la plaque à packager. La partie supérieure du moule se positionne face au moule inférieur et applique sous vide, une force comprimant le polymère qui va s’écouler et englober les composants. Le film laminé vient se plaquer sur le polymère (époxy) encapsulant les composants terminant le boitier Pour finir, le moule s’ouvre et éjecte la plaque de composants packagés (22). Pour obtenir les composants individuels, la plaque est découpée.

Les matériaux utilisés pour l’ensemble des techniques de molding sont des polymères, et plus particulièrement des thermoplastiques.

Figure I-9 : Schéma de principe d’un packaging réalisé avec un molding par lamination (adapté de (22))

-35- Les avantages du packaging par molding sont une production de masse très rapide et peu couteuse. Cependant, les composants à packager doivent être résistants à la pression dans le cas du molding par lamination et à la chaleur (environ 170°C). Elle est généralement utilisée pour encapsuler des circuits intégrés, des capacités, des condensateurs, qui ne présentent pas de partie mécanique mobile ou fragile.

I.1.3.4.Le packaging par mise en boitier

Dans le cas du packaging par mise en boitier, et comme l’illustre la figure I-10, le composant est directement placé et connecté à la partie inférieure du boitier de protection. La partie supérieure est ensuite mise en place et assemblée à l’aide d’un procédé de brasage, d’un scellement eutectique, ou par thermocompression (23).

Figure I-10 : Schéma de principe d’un packaging par mise en boitier

Les principaux matériaux de boitier utilisés sont les céramiques (Al2O3,

SiC…) et les métaux. Pour le brasage ou le scellement eutectique, des pâtes ou préformes à base d’étain ou d’or sont privilégiés, telles que SnAg, SnAgCu, AuSn… (24)(25). Cette technique a donc une flexibilité sur les matériaux ainsi que les techniques de scellement. De plus, les boitiers métalliques et céramiques sont généralement utilisés pour des applications en environnement sévères ou pour des besoins de performances.

Enfin, le packaging par la mise en boitier permet de travailler avec des composants très variés sous atmosphère contrôlée. C’est une technique polyvalente, principalement utilisée pour les petites et moyennes séries en raison de son coût.

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