když vidíte slovo; IC balení, Co je první věc, která vás napadne?
samozřejmě, ochrana. Nebo snad bezpečnost. Jakékoli slovo, které si vyberete, je přijatelné. A to proto, že IC packaging umožňuje polovodičům vydržet déle.
pokud jste inženýr, měli byste o nich vědět. A pomohlo by, kdybyste je používali k tomu, aby váš polovodič fungoval po mnoho let bez vzniku poruch.
je to v pořádku, pokud nevíte o balení IC. Budeme o tom mluvit později v tomto příspěvku.
ale jak to funguje?
IC packaging dělá každý čip v desce plošných spojů, aby zůstal chráněn před možným stresem a prvky.
jste tedy připraveni na důkladné znalosti o IC packaging? Pak pojďme skočit do článku.
co je IC balení?
budeme definovat IC balení, také známý jako integrovaný obvod balení, jednoduše řečeno.
takže se jedná o jakoukoli součást, která má polovodičové zařízení. A balíček je obal, který obklopuje obvodové zařízení. Navíc je jeho primárním účelem zabránit tomu, aby zařízení:
- fyzické poškození
- koroze
ale to není vše.
slouží také jako platforma, která umožňuje připojení elektrických kontaktů namontovaných na desce plošných spojů.
pokud jde o balení IC, je třeba zvážit různé možnosti. A to kvůli různým dostupným obvodům. Také tyto obvody mají jiné požadavky kvůli jejich vnějšímu plášti.
v jaké fázi je IC balení nezbytné?
typicky je IC balení poslední výrobní fází polovodičových zařízení. V této fázi je tedy polovodičová součást chráněna v krytu. A tento obalový balíček dělá jednu věc. Chrání IC před možným poškozením vnějších prvků. Navíc ji také chrání před korozí.
takže, tady je dohoda.
obal je obal. Je zodpovědný za ochranu bloku zařízení. A také pomáhá podporovat životně důležité součásti. Jedním z nich jsou elektrické kontakty. Tyto komponenty pomáhají přenášet signály na PCB elektronického zařízení.
historie IC obalů
od roku 1970 zaznamenala technologie IC obalů stálý růst. Zpočátku začali jako balíček ball grid array (BGA). A většina výrobců elektroniky ji také použila.
ale později, na začátku 21. století, novější odrůdy předstihly balíčky pin-grid array.
nazvali nové odrůdy:
- Plastic quad flat pack
- tenký malý obrys balíček
jak čas plynul, několik výrobců, jako je Intel, přineslo balíčky land grid array do existence.
v mezidobí, flip-chip ball grid arrays (FCBGAs) předčil BGA. A je to kvůli domu FCBGAs více kolíků než jiné návrhy balíčků.
také fcbga má vstupní a výstupní signály nad úplnou matricí, na rozdíl od okrajů.
různé typy obalů IC
existuje asi deset různých typů obalů IC. Ale v tomto článku uvedeme čtyři.
2.1 Průchozí montážní balíčky
tento IC obal je montážní konstrukce používaná pro elektronické součásti. A zahrnují použití olova (Pb) na částech, které se vkládají do vyvrtaných otvorů PCB.
jsou také spojeny s podložkami na zadní straně. A to se děje pomocí mechanizovaných montážních strojů. Nebo pomocí ruční montáže, což je ruční umístění.
montážní obal s průchozím otvorem je ideální pro díly, které nejsou vhodné pro povrchovou montáž. Příkladem jsou tepelné polovodiče a velké transformátory.
2.2 Povrchová montáž balení
povrchová montáž IC balení se týká způsobu, kdy jsou elektrické komponenty namontovány přímo na vnější straně desky plošných spojů.
jakékoli elektrické zařízení, které používá tuto metodu balení IC, je zařízení pro povrchovou montáž (SMD).
také nástup technologie balení pro povrchovou montáž pohltil balení pro montáž přes otvor.
proč tomu tak bylo?
bylo to proto, že SMT podporovala zvýšenou automatizovanou výrobu. A umožňuje zlepšení kvality a snížení nákladů.
ale to není všechno.
obal na povrchovou montáž má platformu, která umožňuje namontovat více součástí do určité oblasti.
také ve srovnání s držáky s průchozími otvory je SMT menší. A to proto, že má menší nebo žádné stopy. Navíc má následující:
- ploché kontakty
- olovo různých stylů nebo krátkých kolíků
- zakončení na vnější straně součásti
- matice pájecích kuliček
2.3 balíčky v měřítku Chip
dalším názvem balíčků v měřítku Chip je balení ve velikosti chip. To odvozené jméno, protože je to jeden z mála balíčků, které přicházejí ve velikosti čipu.
ale to není všechno.
aby byl balíček IC kvalifikován jako čipová stupnice, musí splňovat tato kritéria:
- Be a single-die
- Have a direct surface mountable package
- Have a area that ‚ s lesser than 1.2 times the size of a die
In 1993, Gen Murakami of Hitachi Cable and Junichi Kasai of Fujitsu suggested the above concept. Mitsubishi Electric však vytvořil první koncepční demo.
ale je toho víc.
technologie čipové stupnice vyžaduje následující:
nejprve musí interposer, kde se vytvoří koule nebo podložky, držet matrici. A toto balení je podobné technologii balení flip-chip ball grid array.
za druhé mohou být podložky vytištěny nebo leptány přímo do křemíkové destičky. Výsledkem je obal, který má téměř Velikost křemíkové matrice. Dokonalým příkladem takového balení je balíček s vodní hladinou (WL-CSP) nebo balíček s vodní hladinou (WLP).
v 90. letech začala výroba WL-CSP. Ale mnoho společností začalo masově vyrábět na začátku roku 2000. pokročilé polovodičové inženýrství je vynikajícím příkladem společnosti, která sériově vyráběla WL-CSP.
2.4 Ball Grid Array
Ball grid array je typ balení používaného k trvalému připojení mikroprocesorů.
ale to není všechno.
balíček také poskytuje více propojovacích kolíků než plochý nebo duální in-line balíček.
proto je nejlepší část tohoto balíčku:
můžete použít celý spodní povrch, nejen obvod. A stopy spojující se s balíčkem vedou k kuličkám nebo drátům.
je toho víc.
tyto kuličky nebo dráty spojují matrici s průměrně kratšími balíčky, které jsou pouze obvodové. Nakonec balíček přináší vyšší rychlost a lepší výkon.
také jako inženýr potřebujete přesné ovládání pro pájení zařízení BGA. A to kvůli jeho velmi choulostivému systému. Většina společností se tak drží automatizovaných procesů, aby se vyhnula chybám.
jaké jsou požadované materiály pro IC balíčky a Způsob montáže
potřebné materiály použité k sestavení různých IC balíčků jsou nezbytné.
proč?
je to proto, že tři faktory zakládají základ balíčku. A jsou:
- chemické vlastnosti
- fyzikální vlastnosti
- elektrické vlastnosti
ale to není vše.
výkon balíčku také působí jako omezující faktor.
pojďme se tedy ponořit do tří primárních obalových materiálů.
3.1 pro Leadframe materiály
olovo rámové materiály jsou dominantní IC obalové materiály. Proto, inženýři je používají většinou pro drátěné spojovací povrchové úpravy a propojené matrice s drátem. A dokonalým příkladem je zlato nebo stříbro.
tyto povrchové úpravy se pokovují v oblasti vnitřní vazby pomocí metody bodového pokovování. Tím ušetříte spoustu nákladů. A je to proto, že vzácné kovy se snadno nepřipojují k zapouzdřovacím látkám.
3.2 pro keramické obaly
Inconel nebo Slitina 42 je běžnou volbou pro keramické obaly. Proč? Je to proto, že existuje vazba mezi slitinami a CTE. Těsná shoda je klíčovým rysem kvůli křehkosti keramiky.
ale nízká CTE by mohla mít škodlivý účinek. A je to horší, pokud nainstalujete konečnou sestavu povrchových zařízení. Velikost CTE však hraje významnou roli. A můžeme vše propojit s nesouladem nejběžnějších substrátů PCB.
musíme také poznamenat, že nižší kovy CTE mají vynikající pověst, aby fungovaly dobře jako olověné rámy. A fungují perfektně pro plastové DIP-type a keramické obaly.
materiály z měděného olova jsou však obvykle ideální volbou pro plastové obaly na povrchovou montáž. A je to proto, že mají kapacitu a shodu pro zajištění pájených spojů.
ale to není všechno.
měď má také vyšší vodivost, což je skvělé plus.
3.3 laminátové materiály
u IC obalů můžete nahradit olověné rámy laminátových materiálů. A hodí se, když máte vysoké počty I/O. Nebo možná hledáte vysoce výkonné úrovně.
ale tady je to, co byste měli vědět.
od konce 70.let existovaly lamináty. A pak je použili pro čipové palubní systémy. Pokud se tedy dobře podíváte na chip-on-board, něco byste si všimli. Dodává se se všemi potřebnými prvky požadovanými v balení.
navíc má balíček umístěný na původním místě.
kromě toho laminátové obaly slouží jako nákladově efektivní možnosti. Je to ještě dostupnější než tenké a silné keramické podklady. Většina inženýrů ji proto široce používá kvůli své ekonomické hodnotě.
inženýři také preferují novější organické lamináty s vyššími teplotami. A není to jen proto, že je to nákladově efektivní. Ale mají výhodnější elektrické atributy. Skvělým příkladem je nižší dielektrická konstanta.
Die-Attach materiály
Die-attach materiály jsou vynikající pro lepení matrice k podkladu. Proces se může zpočátku zdát snadný, ale má různé požadavky. A záleží na aplikaci.
nicméně, Většina časy, die attach je ideální pro lícem nahoru-drát-vazba montáž. Takže je to tepelně vodivé. Ale v některých případech je elektricky vodivý.
také proces die-attach nesmí mít v připojeném materiálu žádné vysavače. Tímto způsobem se můžete vyhnout horkým místům na matrici. A jak se zvyšuje čipová síla materiálu připojeného k matrici, získává větší hodnotu.
Zapouzdřovače
zapouzdřovač je spíše jako poslední kus IC balíčku. Proto má primární funkci ochrany. A zapouzdřovače chrání jemné spojovací dráty a čip před prostředím a fyzickým poškozením.
takže je třeba jej aplikovat s přesností a péčí. Tímto způsobem zabráníte zametání drátu, což může způsobit vzájemné zkratování vodičů.
ale to není všechno.
pokud jde o balení IC, existují tři základní typy zapouzdřovacích materiálů, které jsou užitečné:
5.1 epoxidové a epoxidové směsi
epoxidová a epoxidová směs je mezi výrobci velmi populární. Koneckonců, organické pryskyřice jsou nejběžnější v konstrukčně-inženýrských aplikacích. Navíc je to výhodná kombinace tepelného výkonu a vlastností za nízkou cenu.
5.2 silikonové materiály
silikonové materiály jsou druhým nejoblíbenějším zapouzdřením. A hodí se pro IC čipy. Není pochyb o tom, že režimy zpracování a vytvrzování křemíkových materiálů jsou podobné organickým pryskyřicím.
ale tento materiál není organická pryskyřice.
existují dva základní typy silikonových pryskyřic:
- teplota místnosti-vulkanizovatelná (RTV)
- na bázi rozpouštědel
vytvrzování (přeměna silikonu na pevnou látku) můžete také dosáhnout různými mechanismy. A záleží na typu silikonového materiálu, který si vyberete.
pokud jde o teplotu místnosti-vulkanizovatelnou, můžete ji vyléčit buď:
- přidání katalyzátoru
- vystavení vlhkosti (vlhkost v místnosti)
na druhé straně nejběžnějším způsobem, jak vyléčit pryskyřice na bázi rozpouštědel, je tepelné prostředky. Pryskyřice na bázi rozpouštědla však můžete fixovat pouze po odpaření rozpouštědla.
silikonové pryskyřice jsou oblíbenou volbou pro CSP, kteří hledají shodu. A je to proto, že tyto pryskyřice jsou pružné v rozmezí teplot (-650 až 1500C).
5.3 Polyimid
tento zapouzdřovač není tak populární jako předchozí v tomto seznamu. Také je vzácné ji najít v lepicích formulacích. Ale je to docela běžné, pokud jde o flexibilní PCB. A díky svým prospěšným vlastnostem, jako je:
- pozoruhodná odolnost vůči chemikáliím
- působivé elektrické vlastnosti
- extrémní trvanlivost
- vynikající pevnost v tahu
- stabilita v širokém teplotním rozsahu
- velká tepelná odolnost
- obrovský rozsah provozních teplot od -2000 do 3000C
drátové lepení
drátové lepení je proces užitečné pro výrobu polovodičových zařízení. Zahrnuje také propojení mezi IC nebo jiným polovodičovým zařízením a jeho obalem.
drátové lepení se také hodí, pokud plánujete připojit IC k jiné elektronice. Nebo pokud chcete vytvořit spojení mezi dvěma PCB. Metoda je nákladově nejefektivnější. A můžete jej použít při frekvencích nad 100 Hz.
tyto materiály tvoří spojovací dráty:
- stříbro
- hliník
- zlato
- měď
zlaté dráty jsou docela běžné při lepení drátu. Ale pokud máte montážní prostředí bohaté na dusík, měděný drát je dobrou volbou.
pokud chcete ekonomickou alternativu, můžete vazbu zaklínit hliníkovým drátem.
sestavy v drátěné vazbě se dodávají ve třech formátech:
- pokojová teplota ultrazvukový klín lepení
- termo-kompresní lepení
- Termosonické kuličkové lepení
ultrazvukové lepení zahrnuje matrici a substrátovou vazbu. Plus, začíná pomocí otvoru v povrchu sestavy komponent pro podávání drátu.
pokud chcete připojit křemíkové obvody do počítačů, je ideální použít termosonické lepení. A postup pomáhá sestavit součásti procesorů. V důsledku toho integruje obvody notebooků a počítačů.
Termokompresní vazba zahrnuje spojení dvou kovů se směsí tepla a síly. Tento proces pomáhá chránit obaly zařízení a elektrické konstrukce před povrchovou montáží.
vazba oplatky
vazba oplatky funguje na úrovni oplatky. A je to užitečné pro výrobu:
- optoelektronika
- Mikroelektromechanické systémy (MEMS)
- Mikroelektronika
- Nanoelektromechanické systémy (NEMS)
tato technologie balení zajišťuje mechanicky stabilní a hermeticky uzavřené zapouzdření. Navíc je jeho rozsah průměru 12 palců pro výrobu mikroelektronických zařízení. Naproti tomu MEMS/NEMS má rozsah průměru 4 až 8 palců.
vazba oplatky pomáhá chránit citlivé vnitřní struktury NEMS a MEMS před vlivy prostředí. Příkladem dopadů na životní prostředí jsou:
- oxidační druh
- teplota
- Vlhkost
- vysoký tlak
balení by tedy mělo splňovat následující požadavky:
- odvod tepla
- optimální udržování toku energie a informací
- začlenění prvků s různými technologiemi
- ochrana před vlivy prostředí
- kompatibilita s okolním obvodem
IC Packaging Design
Nová generace IC packaging design je nejlepší způsob, jak dosáhnout následujících:
- funkční hustota
- heterogenní integrace
- křemíkové škálování
Plus, pro mnoho aplikací, je ideální pro snížení celkové velikosti balení.
proto homogenní a heterogenní IC obaly poskytují cestu k následujícím:
- rychlejší uvedení na trh
- odolnost vůči křemíku
- Vylepšená funkčnost zařízení
dnes se objevily různé technologické platformy IC a splňují následující:
- vysoký výkon
- Optimalizace výkonu
- nákladová efektivita
a uspokojují potřeby různých průmyslových odvětví, jako jsou:
- Umělá inteligence (AI)
- High-performance computing (HPC)
- Aerospace
- Medical
- IoT
- Mobile Computing
- Automotive
- 5G
- virtuální realita (VR)
- rozšířená realita (AR)
musíme si však uvědomit jednu věc o nových technologiích balení IC.
přinášejí jedinečná úzká místa pro zastaralé metodiky balíčků a návrhové nástroje.
takže pokud váš návrhářský tým musí používat tyto nové IC balíčky, musí udělat jednu věc.
musí pracovat na optimalizaci a ověření celého svého inženýrského systému. To znamená, že se nemůžete zastavit u jednotlivých prvků—musíte spustit vše.
také byste měli vědět tuto skutečnost:
malý laminát nebo PCB na bázi sestavení je velmi podobný tradičnímu designu IC obalového substrátu. A tradiční výrobci PCB mohou navrhnout a postavit staré IC balíčky s modifikovanými PCB nástrojů.
ale je to jiná míčová hra s moderními pokročilými balíčky, které jsou dnes k dispozici. Používají nejnovější výrobní metody, procesy a materiály. Navíc jsou velmi podobné procesům slévárny křemíku.
vyžadují také nový a inovativní přístup k navrhování a ověřování na všech úrovních.
jedna výzva IC balíčku každý inženýr se musí vyhnout
při práci s nejnovější technologií IC balení se musí inženýři vyhnout následujícímu:
přesné agregaci substrátů—protože může být zároveň pasivní a aktivní.
protože substráty a zařízení pocházejí z různých zdrojů, je jedna věc jistá. Návrhy IC balíčků přicházejí v různých formátech, což je složité.
řešení
pomůže vám, pokud budete držet krok s nejnovějšími IC balíčky. A návrhy musí podporovat a zahrnovat:
- integrace více domén
- Golden signoff
- digitální prototypování
- škálovatelnost a rozsah
- Precision production handoff
zabalení
nemůžeme zdůraznit důležitost výběru správného IC balení dostatečně. Proto s perfektním obalem se nebudete starat o korozi nebo poškození PCB.
proto jsme si udělali čas na podrobné vysvětlení IC obalů.
než se rozhodnete pro typ IC balení, které potřebujete, zvažte tyto faktory:
- Konektivita
- náklady
- výkon
- montážní kapacita
tímto způsobem byste mohli zúžit možnosti na nejnutnější minimum.
takže, prosím, dejte nám vědět, které IC balení si myslíte, že bude vyhovovat vašim potřebám. Můžete se také podělit o své myšlenky a návrhy a kontaktovat nás.