Cuando ves la palabra; Embalaje IC, ¿qué es lo primero que se te ocurre?
Por supuesto, protección. O tal vez seguridad. Cualquier palabra que elijas es aceptable. Y es porque el embalaje IC permite que los semiconductores duren más tiempo.
Si eres ingeniero, deberías saberlo. Y ayudaría si los usaras para hacer que tu semiconductor funcionara durante muchos años sin desarrollar fallas.
Está bien si no sabe sobre el embalaje de IC. Estaríamos hablando extensamente de ello más adelante en este post.
Pero, ¿cómo funciona?
El embalaje IC hace que cada chip de una placa PCB permanezca protegido de posibles tensiones y elementos.
Por lo tanto, ¿está listo para un conocimiento profundo sobre el embalaje IC? Entonces, vamos a saltar al artículo.
¿Qué es el Embalaje IC?
Definiremos el embalaje de circuitos integrados, también conocido como embalaje de circuitos integrados, en términos simples.
Por lo tanto, se refiere a cualquier componente que tenga un dispositivo semiconductor. Y el paquete es un encapsulado que rodea el dispositivo del circuito. Además, su propósito principal es evitar que el dispositivo:
- Deterioro físico
- Corrosión
Pero eso no es todo.
También sirve como plataforma que permite que los contactos eléctricos montados en ella se conecten a la PCB.
Cuando se trata de envases IC, hay diferentes opciones a considerar. Y es debido a los diversos circuitos disponibles. Además, estos circuitos tienen otros requisitos debido a su cubierta exterior.
¿En qué etapa es esencial el Embalaje IC?
Normalmente, el embalaje de circuitos integrados es la última etapa de producción de los dispositivos semiconductores. Por lo tanto, en esta etapa, el componente semiconductor se protege en una carcasa. Y este paquete de recinto hace una cosa. Protege el circuito integrado de posibles daños a los elementos externos. Además, también lo protege de la corrosión.
Así que, este es el trato.
El paquete del recinto es un encapsulado. Es responsable de proteger el bloque de dispositivos. Y también ayuda a promover componentes vitales. Uno de ellos son los contactos eléctricos. Estos componentes ayudan a llevar señales a la PCB de un aparato electrónico.
La historia del embalaje IC
Desde la década de 1970, la tecnología de embalaje IC ha experimentado un crecimiento constante. Inicialmente, comenzaron como un paquete de matriz de cuadrícula de bolas (BGA). Y la mayoría de los fabricantes de electrónica también lo usaron.
Pero más tarde, a principios del siglo XXI, las variedades más nuevas superaron a los paquetes de matrices de cuadrícula de pines.
llamaron a las nuevas variedades:
- Paquete plano cuádruple de plástico
- El paquete de contorno pequeño delgado
Con el paso del tiempo, algunos fabricantes como Intel crearon paquetes de matriz de cuadrícula terrestre.
En el ínterin, las matrices de cuadrícula de bolas de chip giratorio (FCBGAs) superaron a las BGAs. Y es debido a que las FCBGAs albergan más pines que otros diseños de paquetes.
Además, el FCBGA tiene señales de entrada y salida por encima del dado completo, contrariamente a los bordes.
Los diferentes tipos de envases IC
Hay aproximadamente diez tipos de envases IC diferentes. Pero en este artículo, enumeraremos cuatro.
2.1 Paquetes de montaje en orificio pasante
Este paquete IC es una estructura de montaje utilizada para piezas electrónicas. E incluyen el uso de plomo (Pb) en las piezas que se insertan en los orificios perforados de la PCB.
También se unen a almohadillas en el reverso. Y esto sucede mediante el uso de máquinas de montaje de inserción mecanizadas. O mediante el uso de montaje manual, que es la colocación de la mano.
El embalaje de montaje con orificio pasante es ideal para piezas que no son adecuadas para el montaje en superficie. Un ejemplo de ello son los semiconductores de potencia acoplados al calor y los grandes transformadores.
2.2 Embalaje de montaje en superficie
El embalaje IC de montaje en superficie se refiere a un método en el que los componentes eléctricos se montan directamente en el exterior de la PCB.
Cualquier dispositivo eléctrico que utilice este método de envasado de CI es un dispositivo de montaje en superficie (SMD).
Además, la llegada de la tecnología de embalaje de montaje en superficie absorbió el embalaje de montaje en orificio pasante.
¿por Qué fue así?
Se debió a que SMT soportaba una mayor fabricación automatizada. Y permite mejorar la calidad y reducir los costos.
Pero eso no es todo.
El embalaje de montaje en superficie tiene una plataforma que permite instalar más componentes en un área específica.
Además, en comparación con los montajes de orificio pasante, SMT es más pequeño. Y es porque tiene pistas más pequeñas o ninguna. Además, tiene lo siguiente:
- Contactos planos
- Un cable de varios estilos o pasadores cortos
- Terminaciones en el exterior del componente
- Una matriz de bolas de soldadura
2.3 Paquetes a escala de chips
Otro nombre para los paquetes a escala de chips es embalaje de tamaño de chip. Derivó ese nombre porque es uno de los pocos paquetes que vienen en tamaño de chip.
Pero eso no es todo.
Para que un paquete de circuitos integrados sea calificado como escala de chips, debe cumplir estos criterios:
- Ser un solo troquel
- Tener un paquete de montaje directo en superficie
- Tener un área inferior a 1,2 veces el tamaño de un troquel
En 1993, Gen Murakami de Hitachi Cable y Junichi Kasai de Fujitsu propusieron el concepto anterior. Sin embargo, Mitsubishi Electric creó la primera demostración de concepto.
Pero hay más.
La tecnología de escala de chips requiere lo siguiente:
Primero, el interponedor donde se forman las bolas o almohadillas debe sostener la matriz. Y este empaque es similar a la tecnología del empaque de matriz de rejilla de bolas con chip giratorio.
En segundo lugar, las almohadillas pueden imprimirse o grabarse directamente en la oblea de silicio. Y esto da como resultado un envase que casi tiene el tamaño de la matriz de silicio. Un ejemplo perfecto de este tipo de embalaje es un paquete a escala de chips a nivel de agua (WL-CSP) o un paquete a nivel de agua (WLP).
En la década de 1990, comenzó la producción de WL-CSP. Pero muchas empresas comenzaron a producirlo en masa a principios de la década de 2000. La Ingeniería avanzada de Semiconductores es un excelente ejemplo de una empresa que produjo en masa el WL-CSP.
2.Conjunto de cuadrícula de 4 bolas
El conjunto de cuadrícula de bolas es un tipo de embalaje utilizado para montar microprocesadores de forma permanente.
Pero eso no es todo.
El paquete también proporciona más pines de interconexión que un paquete plano o doble en línea.
Por lo tanto, la mejor parte de este paquete es:
Puede usar toda la superficie inferior, no solo el perímetro. Y los rastros que se unen al paquete conducen a las bolas o cables.
Hay más.
Estas bolas o cables conectan la matriz a paquetes medianamente más cortos, que son solo perimetrales. Al final, el paquete trae consigo una mayor velocidad y un mejor rendimiento.
También, como ingeniero, necesita un control preciso para soldar dispositivos BGA. Y es por su sistema muy delicado. Por lo tanto, la mayoría de las empresas se adhieren a los procesos automatizados para evitar errores.
¿cuáles Son los Materiales Necesarios para Paquetes de IC y el Modo de la Asamblea
Los materiales utilizados para construir diferentes paquetes de IC son esenciales.
¿Por qué?
Es porque tres factores establecen la base de un paquete. Y ellos son:
- propiedades Químicas
- propiedades Físicas
- propiedades Eléctricas
Pero eso no es todo.
El rendimiento del paquete también actúa como un factor limitante.
Por lo tanto, vamos a sumergirnos en los tres materiales del paquete primario.
3.1 Para materiales de marco de plomo
Los materiales de marco de plomo son los materiales dominantes del paquete de CI. Por lo tanto, los ingenieros los utilizan principalmente para acabados adheribles al alambre y troqueles interconectados unidos al alambre. Y un ejemplo perfecto es el oro o la plata.
Estos acabados se enchapan en el área de unión interior a través de un método de enchapado por puntos. Al hacerlo, ahorrará un montón de costos. Y es porque los metales nobles no se unen a los encapsulantes con facilidad.
3.2 Para paquetes de cerámica
Inconel o Alloy 42 es una opción común para paquetes de cerámica. ¿Por qué? Es porque hay una conexión entre las aleaciones y el CTE. La coincidencia estrecha es una característica crucial debido a la fragilidad de la cerámica.
Pero, el bajo CTE podría tener un efecto perjudicial. Y es peor si instala el ensamblaje final de dispositivos montados en superficie. Sin embargo, el tamaño del CTE juega un papel importante. Y podemos vincular todo al desajuste de los sustratos de PCB más comunes.
También debemos tener en cuenta que los metales de menor CTE tienen una excelente reputación para funcionar bien como marcos de plomo. Y funcionan perfectamente para envases de plástico tipo INMERSIÓN y de cerámica.
Sin embargo, los materiales de marco de cobre y plomo suelen ser una opción ideal para paquetes de plástico de montaje en superficie. Y es porque tienen la capacidad y el cumplimiento para asegurar las juntas de soldadura.
Pero eso no es todo.
El cobre también tiene una conductividad más alta, lo que es una gran ventaja.
3.3 Materiales laminados
Para el embalaje IC, puede sustituir los marcos de plomo por materiales laminados. Y son útiles cuando tienes altos recuentos de E/S. O tal vez esté buscando niveles de alto rendimiento.
Pero esto es lo que debes saber.
Desde finales de la década de 1970, los laminados han existido. Y luego, los usaron para sistemas de chip a bordo. Por lo tanto, si echas un buen vistazo al chip a bordo, notarías algo. Viene con todos los elementos necesarios en un paquete.
Además, tiene un paquete situado en el lugar original.
Aparte de eso, los paquetes laminados sirven como opciones rentables. Es incluso más asequible que los sustratos cerámicos finos y gruesos. Por lo tanto, la mayoría de los ingenieros lo usan ampliamente debido a su valor económico.
Además, los ingenieros prefieren laminados orgánicos más nuevos con temperaturas más altas. Y no es solo porque es rentable. Pero tienen atributos eléctricos más preferidos. Un gran ejemplo es la constante dieléctrica inferior.
Materiales de unión a troquel
Los materiales de unión a troquel son excelentes para unir el troquel al sustrato. El proceso puede parecer fácil al principio, pero tiene varios requisitos. Y depende de la aplicación.
Sin embargo, la mayoría de las veces, el accesorio de troquel es ideal para el ensamblaje de unión de alambre boca arriba. Por lo tanto, es termoconductor. Pero en algunos casos, es eléctricamente conductivo.
Además, el proceso de fijación de matrices no debe tener vacíos en el material adjunto. De esa manera, puede evitar puntos calientes en el dado. Y a medida que aumenta la potencia de viruta del material de fijación de troqueles, obtiene más valor.
Encapsulantes
Un encapsulante se parece más a la pieza final de un paquete de CI. Por lo tanto, tiene una función primordial de protección. Y los encapsulantes protegen los delicados cables de unión y el chip del medio ambiente y el daño físico.
Por lo tanto, debe aplicarlo con precisión y cuidado. De esa manera, evitarás el barrido de cables, lo que puede provocar cortocircuitos entre los cables.
Pero eso no es todo.
Cuando se trata de envases IC, hay tres tipos básicos de materiales encapsulantes que son útiles:
5.1 Mezclas de epoxi y epoxi
La mezcla de epoxi y epoxi es bastante popular entre los fabricantes. Después de todo, las resinas orgánicas son las más comunes en aplicaciones de ingeniería estructural. Además, es una combinación beneficiosa de rendimiento térmico y propiedades a un precio bajo.
5.2 Materiales de silicona
Los materiales de silicona son los segundos encapsulantes más populares. Y son útiles para los chips de circuitos integrados. Sin duda, los regímenes de procesamiento y curado de materiales de silicio son similares a las resinas orgánicas.
Pero, este material no es una resina orgánica.
Hay dos tipos básicos de resinas de silicona:
- Vulcanizable a temperatura ambiente (RTV)
- A base de disolventes
También puede lograr el curado (conversión de silicona a sólido) con diferentes mecanismos. Y depende del tipo de material de silicona que elija.
En cuanto a la vulcanizable a temperatura ambiente, puede curarla mediante:
- Adición de catalizador
- Exposición a la humedad (humedad de la habitación)
Por otro lado, la forma más común de curar resinas a base de solventes es por medios térmicos. Pero, solo puede fijar las resinas a base de solvente después de la evaporación del solvente.
Las resinas de silicona son una opción popular para los CSP que buscan el cumplimiento. Y es porque estas resinas son flexibles en un rango de temperaturas (-650 a 1500C).
5.3 Poliimida
Este encapsulante no es tan popular como los anteriores de esta lista. Además, es raro encontrarlo en formulaciones adhesivas de unión de troqueles. Pero es bastante común cuando se trata de PCB flexibles. Y hace una elección maravillosa gracias a sus características beneficiosas como:
- Resistencia notable a los productos químicos
- Impresionantes propiedades eléctricas
- Durabilidad extrema
- Excelente resistencia a la tracción
- Estabilidad en un amplio rango de temperaturas
- Gran resistencia al calor
- Amplio rango de temperaturas de funcionamiento de -2000 a 3000C
Unión de cables
La unión de cables es un proceso útil para la fabricación de dispositivos semiconductores. También implica realizar interconexiones entre un circuito integrado u otro dispositivo semiconductor y su embalaje.La unión de cables
también es útil si planea conectar un IC a otros dispositivos electrónicos. O si desea crear una conexión entre dos PCBs. El método es el más rentable. Y se puede utilizar a frecuencias superiores a 100 Hz.
Los siguientes materiales componen los alambres de unión:
- Plata
- Aluminio
- Oro
- Cobre
Los alambres de oro son bastante comunes en la unión de cables. Pero, si tiene un entorno de ensamblaje rico en nitrógeno, el alambre de cobre es una buena opción.
Si desea una alternativa económica, puede encajar el enlace con alambre de aluminio.
Los ensamblajes en enlace de alambre vienen en tres formatos:
- Unión por cuña ultrasónica a temperatura ambiente
- Unión termocompresión
- Unión termosónica de bolas
La unión ultrasónica incluye una unión de matriz y sustrato. Además, comienza utilizando un orificio en la superficie de un conjunto de componentes para alimentar el cable.
Si desea conectar circuitos integrados de silicio a computadoras, es ideal usar unión termosónica. Y el procedimiento ayuda a ensamblar componentes de las CPU. En consecuencia, integra los circuitos de computadoras portátiles y PC.
La unión por termocompresión implica la unión de dos metales con una mezcla de calor y fuerza. El proceso ayuda a proteger los paquetes de dispositivos y las estructuras eléctricas contra el montaje en superficie.
Unión de obleas
La unión de obleas funciona a nivel de obleas. Y es útil para fabricar:
- Optoelectrónica
- Sistemas microelectromecánicos (MEMS)
- Microelectrónica
- Sistemas nanoelectromecánicos (NEMS)
Esta tecnología de envasado garantiza una encapsulación mecánicamente estable y herméticamente sellada. Además, su rango de diámetro es de 12 pulgadas para producir dispositivos microelectrónicos. En contraste, MEMS / NEMS tiene un rango de diámetro de 4 a 8 pulgadas.
La unión de obleas ayuda a proteger las estructuras internas sensibles de los NEM y MEMS de las influencias ambientales. Ejemplo de los impactos ambientales son:
- Especie oxidante
- Temperatura
- Humedad
- Alta presión
Por lo tanto, el paquete debe cumplir los siguientes requisitos:
- Disipación de calor
- Mantenimiento óptimo del flujo de energía e información
- Incorporación de elementos con diferentes tecnologías
- Protección contra influencias ambientales
- Compatibilidad con la periferia circundante
Diseño de embalaje IC
El diseño de embalaje IC de próxima generación es la mejor manera de lograr lo siguiente:
- Densidad funcional
- Integración heterogénea
- Escala de silicio
Además, para muchas aplicaciones, es ideal para reducir el tamaño general del paquete.
Por lo tanto, los envases de CI homogéneos y heterogéneos proporcionan un camino hacia lo siguiente:
- Tiempo de lanzamiento al mercado más rápido
- Resiliencia de rendimiento de silicio
- Funcionalidad mejorada del dispositivo
Hoy en día, han surgido varias plataformas de tecnología de circuitos integrados y cumplen con:
- Alto rendimiento
- Optimizaciones de potencia
- Rentabilidad
Y satisfacen las necesidades de diferentes industrias como:
- Inteligencia artificial (IA)
- Informática de alto rendimiento (HPC)
- Aeroespacial
- Médica
- IoT
- Informática móvil
- Automotriz
- 5G
- Realidad virtual (VR)
- Realidad aumentada (AR)
Pero debemos tener en cuenta una cosa sobre las nuevas tecnologías de envasado de CI.
Traen cuellos de botella únicos para metodologías de paquetes y herramientas de diseño obsoletas.
Por lo tanto, si su equipo de diseño debe usar estos nuevos paquetes de IC, debe hacer una cosa.
Deben trabajar para optimizar y verificar todo su sistema de ingeniería. Eso significa que no puede detenerse en los elementos individuales, debe ejecutar todo.
Además, debe saber este hecho:
El PCB laminado a pequeña escala o basado en acumulación es bastante similar al diseño de sustrato de embalaje IC tradicional. Y los productores tradicionales de PCB pueden diseñar y construir los paquetes de CI antiguos con herramientas de PCB modificadas.
Pero es un juego de pelota diferente con los modernos paquetes avanzados disponibles en la actualidad. Utilizan los últimos métodos de fabricación, procesos y materiales. Además, son bastante similares a los procesos de fundición de silicio.
También requieren un enfoque fresco e innovador para diseñar y verificar a todos los niveles.
Un desafío de paquete de CI Cada ingeniero Debe Evitar
Cuando se trata de la última tecnología de embalaje de CI, los ingenieros deben evitar lo siguiente:
Una agregación precisa de sustratos, ya que puede ser pasiva y activa al mismo tiempo.
Debido a que los sustratos y dispositivos provienen de diferentes fuentes, una cosa es segura. Los diseños de los paquetes IC vendrán en varios formatos, lo cual es complicado.
Solución
Le ayudará si se mantiene al tanto de los últimos paquetes de IC. Y los diseños deben apoyar e incluir:
- Integración multidominio
- Firma dorada
- Creación de prototipos digitales
- Escalabilidad y rango
- Entrega de producción de precisión
Envolver
No podemos enfatizar lo suficiente la importancia de elegir el embalaje de CI correcto. Por lo tanto, con el embalaje perfecto, no se preocupará por la corrosión o el daño a su PCB.
Es por eso que nos tomamos el tiempo para explicar el empaque de IC en detalle.
Por lo tanto, antes de decidir el tipo de embalaje de CI que necesita, tenga en cuenta estos factores:
- Conectividad
- Costo
- Potencia
- Capacidad de ensamblaje
De esa manera, podrá reducir sus opciones al mínimo.
Por lo tanto, háganos saber qué embalaje de IC cree que se ajustará a sus necesidades. Además, le invitamos a compartir sus pensamientos y sugerencias poniéndose en contacto con nosotros.