når du ser ordet; IC-emballage, hvad er det første, der kommer til at tænke på?
selvfølgelig beskyttelse. Eller måske sikkerhed. Uanset hvilket ord du vælger er acceptabelt. Og det skyldes, at IC-emballage gør det muligt for halvledere at vare længere.
hvis du er ingeniør, skal du vide om dem. Og det ville hjælpe, hvis du brugte dem til at gøre din halvleder arbejde i mange år uden at udvikle fejl.
det er okay, hvis du ikke kender til IC-emballage. Vi ville tale meget om det senere i dette indlæg.
men hvordan virker det?
IC-emballage gør hver chip i et printkort til at forblive beskyttet mod mulig stress og elementerne.
så er du klar til en dybdegående viden om IC-emballage? Så lad os hoppe ind i artiklen.
Hvad er IC-emballage?
vi definerer IC-emballage, også kendt som integreret kredsløbsemballage, enkelt sagt.
så det refererer til enhver komponent, der har en halvleder enhed. Og pakken er en indkapsling, der omgiver kredsløbsenheden. Desuden er dets primære formål at forhindre enheden i at:
- fysisk svækkelse
- korrosion
men det er ikke alt.
det fungerer også som en platform, der gør det muligt for elektriske kontakter monteret på den at oprette forbindelse til printkortet.
når det kommer til IC-emballage, er der forskellige muligheder at overveje. Og det er på grund af de forskellige kredsløb til rådighed. Disse kredsløb har også andre krav på grund af deres ydre skal.
hvilket stadium er IC-emballagen afgørende?
typisk er IC-emballage det sidste produktionsstadium af halvlederindretninger. Derfor bliver halvlederkomponenten på dette stadium beskyttet i et kabinet. Og denne indkapslingspakke gør en ting. Det beskytter IC fra muligvis at beskadige de eksterne elementer. Plus, det beskytter det også mod korrosion.
så her er aftalen.
indkapslingspakken er en indkapsling. Det er ansvarligt for at beskytte enhedsblokken. Og det hjælper også med at fremme vitale komponenter. En af disse er de elektriske kontakter. Disse komponenter hjælper med at bære signaler til PCB i et elektronisk apparat.
IC-emballagens historie
siden 1970 ‘ erne har IC-emballageteknologien oplevet en stabil vækst. Oprindeligt startede de som en ball grid array (BGA) pakke. Og de fleste elektronikproducenter brugte det også.
men senere, i begyndelsen af det 21.århundrede, overhalede nyere sorter pin-grid array-pakkerne.
de kaldte de nye sorter:
- plast firkantet flad pakke
- den tynde lille konturpakke
efterhånden som tiden gik, et par producenter som Intel bragte land grid array-pakker til eksistens.
i mellemtiden overgik flip-chip ball grid arrays (FCBGAs) BGA ‘ er. Og det er på grund af FCBGAs hus flere stifter end andre pakke design.
FCBGA har også indgangs-og udgangssignaler over den komplette matrice i modsætning til kanterne.
de forskellige typer IC-emballage
der er omkring ti forskellige IC-emballagetyper. Men i denne artikel vil vi liste fire.
2.1 gennemgående Hulmonteringspakker
denne IC-emballage er en monteringsstruktur, der anvendes til elektroniske dele. Og de omfatter brugen af bly (Pb) på de dele, der indsættes i printkortets borede huller.
de bliver også bundet til puder på bagsiden. Og dette sker ved hjælp af mekaniserede indsættelsesmonteringsmaskiner. Eller ved at bruge manuel samling, som er håndplacering.
den gennemgående hulmonterede emballage er ideel til dele, der ikke er egnede til overflademontering. Et eksempel på sådan er heatsinked effekt halvledere og store transformatorer.
2.2 Overflademonteret emballage
overflademonteret IC-emballage henviser til en metode, hvor elektriske komponenter monteres direkte på PCB ‘ ens ydre.
enhver elektrisk enhed, der bruger denne metode til IC-emballage, er en overflademonteret enhed (SMD).
fremkomsten af Overflademonteringsteknologien slugte også emballagen til gennemgående hul.
Hvorfor var det sådan?
det skyldtes, at SMT understøttede øget automatiseret produktion. Og det muliggør kvalitetsforbedring og omkostningsreduktion.
men det er ikke alt.
overflademonteringsemballagen har en platform, der gør det muligt for flere komponenter at blive monteret på et bestemt område.
også, sammenlignet med gennemgående hul mounts, SMT er mindre. Og det er fordi det har fået mindre eller ingen kundeemner. Plus, det har følgende:
- flade kontakter
- en ledning af forskellige stilarter eller korte stifter
- afslutninger på komponentens ydre
- en matrice af loddekugler
2.3 Chip-skala pakker
et andet navn for chip-skala pakker er chip-størrelse emballage. Det afledte dette navn, fordi det er en af de få pakker, der kommer i chipstørrelse.
men det er ikke alt.
for at en IC-pakke kan kvalificeres som en chipskala, skal den opfylde disse kriterier:
- Vær en single-die
- har en direkte overflademonterbar pakke
- har et område, der er mindre end 1,2 gange størrelsen af en matrice
i 1993 foreslog Gen Murakami fra Hitachi Cable og Junichi Kasai fra Fujitsu ovenstående koncept. Imidlertid skabte Mitsubishi Electric den første konceptdemo.
men der er mere.
chipskalateknologien kræver følgende:
først skal interposer, hvor bolde eller puder dannes, holde matricen. Og denne emballage ligner teknologien i flip-chip ball grid array emballage.
for det andet kan puderne udskrives eller ætses direkte i siliciumskiven. Og dette resulterer i en emballage, der næsten har størrelsen på siliciumdysen. Et perfekt eksempel på en sådan emballage er en vandstand chip-skala pakke (VL-CSP) eller en vandstand pakke (VLP).
i 1990 ‘ erne startede produktionen af CSP. Men mange virksomheder begyndte at masseproducere det i begyndelsen af 2000 ‘ erne. avanceret Halvlederteknik er et glimrende eksempel på et firma, der masseproducerede VL-CSP.
2.4 Ball Grid Array
Ball grid array er en type emballage, der bruges til at montere mikroprocessorer permanent.
men det er ikke alt.
pakken indeholder også flere sammenkoblingsstifter end en flad eller dobbelt in-line pakke.
derfor er den bedste del af denne pakke:
du kan bruge hele bundfladen, ikke kun omkredsen. Og sporene, der går sammen med pakken, fører til bolde eller ledninger.
der er mere.
disse kugler eller ledninger forbinder matricen til gennemsnitligt kortere pakker, som kun er perimeter. I sidste ende medfører pakken højere hastighed og bedre ydelse.
som ingeniør har du også brug for præcis kontrol for at lodde BGA-enheder. Og det er på grund af dets meget sarte system. Således holder de fleste virksomheder sig til automatiserede processer for at undgå fejl.
Hvad er de krævede materialer til IC-pakker og Samlingsmåden
de krævede materialer, der bruges til at opbygge forskellige IC-pakker, er vigtige.
hvorfor?
det er fordi tre faktorer etablerer grundlaget for en pakke. Og de er:
- kemiske egenskaber
- fysiske egenskaber
- elektriske egenskaber
men det er ikke alt.
pakkenes ydeevne fungerer også som en begrænsende faktor.
så lad os dykke ned i de tre primære pakkematerialer.
3.1 for Leadframe materialer
blyrammematerialerne er de dominerende IC-pakkematerialer. Derfor bruger ingeniører dem mest til trådbindbare finish og trådbinding sammenkoblet matrice. Og et perfekt eksempel er guld eller sølv.
disse finish bliver belagt i det indre bindingsareal via en pletpletteringsmetode. Ved at gøre det sparer du masser af omkostninger. Og det er fordi ædelmetaller ikke slutter sig til indkapslingsmidler med lethed.
3.2 for keramiske pakker
Inconel eller Alloy 42 er et almindeligt valg for keramiske pakker. Hvorfor? Det er fordi der er en forbindelse mellem legeringerne og CTE. Den tætte kamp er en afgørende funktion på grund af keramikens skørhed.
men den lave CTE kan have en skadelig virkning. Og det er værre, hvis du installerer den endelige samling af overflademonterede enheder. Størrelsen af CTE spiller imidlertid en væsentlig rolle. Og vi kan forbinde alt til uoverensstemmelsen mellem de mest almindelige PCB-substrater.
vi skal også bemærke, at lavere CTE-metaller har et fremragende ry for at fungere godt som blyrammer. Og de fungerer perfekt til plast DIP-type og keramiske pakker.
imidlertid er kobber blyrammematerialer normalt et ideelt valg til overflademonterede plastpakker. Og det er fordi de har kapacitet og overholdelse til at sikre loddefuger.
men det er ikke alt.
kobber har også en højere ledningsevne, hvilket er et stort plus.
3.3 Laminatmaterialer
til IC-emballage kan du erstatte blyrammer med laminatmaterialer. Og de kommer godt med, når du har høje I/O-tællinger. Eller måske leder du efter højtydende niveauer.
men her er hvad du bør vide.
siden slutningen af 1970 ‘ erne har laminater eksisteret. Og så brugte de dem til chip-on-board systemer. Derfor, hvis du kigger godt på chip-on-board, vil du bemærke noget. Den leveres med alle de nødvendige elementer, der kræves i en pakke.
plus, den har en pakke beliggende på det oprindelige sted.
bortset fra det tjener laminatpakker som omkostningseffektive muligheder. Det er endnu mere overkommeligt end de tynde og tykke keramiske underlag. Således bruger de fleste ingeniører det i vid udstrækning på grund af dets økonomiske værdi.
ingeniører foretrækker også nyere organiske laminater med højere temperaturer. Og det er ikke kun fordi det er omkostningseffektivt. Men de har mere foretrukne elektriske egenskaber. Et godt eksempel er den lavere dielektriske konstant.
Die-vedhæfte materialer
Die-vedhæfte materialer er fremragende til limning dø til substratet. Processen kan virke let i starten, men den har forskellige krav. Og det afhænger af ansøgningen.
men de fleste gange, matrice vedhæfte er ideel til ansigt-up-tråd-bond samling. Så det er termisk ledende. Men i nogle tilfælde er det elektrisk ledende.
matricen må heller ikke have støvsugere i det påsatte materiale. På den måde kan du undgå hot spots på matricen. Og som chip-magt die-vedhæfte materiale stiger, det får mere værdi.
indkapslere
et indkapslingsmiddel er mere som det sidste stykke af en IC-pakke. Derfor har den en primær funktion af beskyttelse. Og indkapslingsmidlerne beskytter de sarte bindingsledninger og chips mod miljøet og fysiske skader.
så du skal anvende det med præcision og omhu. På den måde forhindrer du trådfejning, hvilket kan forårsage kortslutning af ledninger til hinanden.
men det er ikke alt.
når det kommer til IC-emballage, er der tre grundlæggende typer Indkapslingsmaterialer, der er nyttige:
5.1 Epoksi og Epoksi blanding
Epoksi og Epoksi blanding er meget populær blandt producenterne. Organiske harpikser er trods alt de mest almindelige i strukturelle tekniske applikationer. Plus, det er en gavnlig blanding af termisk ydeevne og egenskaber til en lav pris.
5.2 silikone materialer
silikone materialer er de næstmest populære indkapslinger. Og de kommer godt med til IC-chips. Der er ingen tvivl om, at forarbejdnings-og hærdningsregimer af siliciummaterialer ligner organiske harpikser.
men dette materiale er ikke en organisk harpiks.
der er to grundlæggende typer silikoneharpikser:
- stuetemperatur-vulkaniserbar (RTV)
- opløsningsmiddelbaseret
du kan også opnå hærdning (konvertering af silikone til fast stof) med forskellige mekanismer. Og det afhænger af den type silikone materiale, du vælger.
hvad angår rumtemperaturen-vulkaniserbar, kan du helbrede den enten ved:
- Katalysatortilsætning
- eksponering for fugt (rumfugtighed)
på den anden side er den mest almindelige måde, du kan helbrede opløsningsmiddelbaserede harpikser på, ved termiske midler. Men du kan kun fiksere de opløsningsmiddelbaserede harpikser efter fordampning af opløsningsmidlet.
silikoneharpikser er et populært valg for CSP ‘ er, der søger overholdelse. Og det er fordi disse harpikser er fleksible over en række temperaturer (-650 til 1500c).
5.3 polyimid
denne indkapsling er ikke så populær som de foregående på denne liste. Det er også sjældent at finde det i klæbende formuleringer. Men det er ret almindeligt, når det kommer til fleksible PCB ‘ er. Og det gør et vidunderligt valg takket være dets gavnlige funktioner som:
- bemærkelsesværdig modstandsdygtighed over for kemikalier
- imponerende elektriske egenskaber
- ekstrem holdbarhed
- fremragende trækstyrke
- stabilitet over et bredt temperaturområde
- stor varmebestandighed
- stort driftstemperaturområde fra -2000 til 3000C
trådbinding
trådbinding er en proces, der er nyttig til fremstilling af halvlederenheder. Det indebærer også at skabe sammenkoblinger mellem en IC eller anden halvlederanordning og dens emballage.
Trådbinding er også praktisk, hvis du planlægger at forbinde en IC til anden elektronik. Eller hvis du vil oprette en forbindelse mellem to PCB ‘ er. Metoden er den mest omkostningseffektive. Og du kan bruge det ved frekvenser over 100 gange.
følgende materialer udgør bindingsledningerne:
- Sølv
- aluminium
- Guld
- kobber
guldtråde er ret almindelige i trådbinding. Men hvis du har et kvælstofrigt monteringsmiljø, er kobbertråd en god mulighed.
hvis du vil have et økonomisk alternativ, kan du kile bindingen med aluminiumtråd.
samlinger i trådbinding kommer i tre formater:
- rumtemperatur ultralyd kilebinding
- Termokompressionsbinding
- Termosonisk kuglebinding
Ultralydbinding inkluderer en matrice og substratbinding. Plus, det starter med at bruge et hul i overfladen af en komponentenhed til fødetråd.
hvis du vil forbinde silicon ICs til computere, er det ideelt at bruge termosonisk binding. Og proceduren hjælper med at samle komponenter i CPU ‘ erne. Derfor integrerer det kredsløb af bærbare computere og pc ‘ er.
Termokompressionsbinding involverer sammenføjning af to metaller med en blanding af varme og kraft. Processen hjælper med at beskytte enhedspakker og elektriske strukturer mod overflademontering.
Vaffelbinding
Vaffelbinding fungerer på vaffelniveauet. Og det er nyttigt til fremstilling:
- Optoelektronik
- Mikroelektromekaniske systemer (MEMS)
- mikroelektronik
- Nanoelektromekaniske systemer (NEMS ))
denne emballageteknologi sikrer, at der er en mekanisk stabil og hermetisk lukket indkapsling. Plus, dets diameterområde er 12-tommer til fremstilling af mikroelektronikenheder. I modsætning hertil har MEMS/NEMS et diameterområde på 4 til 8 tommer.
Vaffelbinding hjælper med at beskytte de følsomme indre strukturer af NEMS og MEMS mod miljøpåvirkninger. Eksempler på miljøpåvirkninger er:
- brandnærende arter
- temperatur
- fugt
- højt tryk
så pakken skal opfylde følgende krav:
- varmeafledning
- optimal vedligeholdelse af energi og informationsstrøm
- inkorporering af elementer med forskellige teknologier
- beskyttelse mod miljøpåvirkninger
- kompatibilitet med den omgivende periferi
IC-emballagedesign
næste generations IC-emballagedesign er den bedste måde at opnå følgende:
- funktionel tæthed
- heterogen integration
- Siliciumskalering
Plus, til mange applikationer er den ideel til at reducere den samlede pakkestørrelse.
derfor giver homogen og heterogen IC-emballage en vej til følgende:
- hurtigere time-to-market
- Silicon yield resiliency
- forbedret enhedsfunktionalitet
i dag er forskellige IC-teknologiplatforme opstået, og de opfylder følgende:
- høj ydeevne
- strømoptimeringer
- omkostningseffektivitet
og de opfylder behovene i forskellige brancher som:
- kunstig intelligens (AI)
- højtydende databehandling (HPC)
- rumfart
- medicinsk
- IoT
- mobil Computing
- bilindustrien
- 5G
- Virtual reality (VR)
- augmented reality (AR)
men vi skal bemærke en ting om de nye IC-emballageteknologier.
de bringer unikke flaskehalse til forældede pakkemetoder og designværktøjer.
så hvis dit designteam skal bruge disse nye IC-pakker, skal de gøre en ting.
de skal arbejde for at optimere og verificere hele deres tekniske system. Det betyder, at du ikke kan stoppe ved de enkelte elementer—du skal køre alt.
du skal også vide denne kendsgerning:
lille laminat eller opbygningsbaseret PCB svarer meget til traditionelt IC-emballagesubstrat design. Og traditionelle PCB-producenter kan designe og bygge de gamle IC-pakker med modificerede PCB-værktøjer.
men det er et andet boldspil med de moderne avancerede pakker, der er tilgængelige i dag. De bruger de nyeste fremstillingsmetoder, processer og materialer. Plus, de ligner meget siliciumstøbeprocesser.
de kræver også en frisk og innovativ tilgang til at designe og verificere på alle niveauer.
en IC—Pakkeudfordring enhver ingeniør skal undgå
når man beskæftiger sig med den nyeste IC-emballageteknologi, skal ingeniører undgå følgende:
en nøjagtig aggregering af underlag-da det kan være passivt og aktivt på samme tid.
fordi substraterne og enhederne kommer fra forskellige kilder, er en ting sikker. IC-pakkedesignene kommer i forskellige formater, hvilket er vanskeligt.
løsning
det hjælper, hvis du holder dig ajour med de nyeste IC-pakker. Og designet skal understøtte og omfatte:
- multi-domæne integration
- Golden signoff
- Digital prototyping
- skalerbarhed og rækkevidde
- Precision production handoff
indpakning
vi kan ikke understrege vigtigheden af at vælge den rigtige IC-emballage nok. Derfor, med den perfekte emballage, du vil ikke bekymre dig om korrosion eller beskadigelse af din PCB.
Derfor tog vi os tid til at forklare IC-emballagen i detaljer.
så før du beslutter dig for den type IC-emballage, du har brug for, skal du overveje disse faktorer:
- forbindelse
- omkostninger
- strøm
- Samlingskapacitet
på den måde kan du indsnævre dine muligheder til det absolutte minimum.
så lad os vide, hvilken IC-emballage du mener passer til dine behov. Du er også velkommen til at dele dine tanker og forslag ved at kontakte os.