“IC packaging”という言葉を見たとき、最初に頭に浮かぶのは何ですか？
もちろん、保護。 またはおそらくセキュリティ。 どのような単語を選択しても許容されます。 そしてそれはICの包装が半導体がより長く持続することを可能にするのである。
あなたがエンジニアなら、あなたはそれらについて知っておくべきです。 そしてそれは欠陥を開発しないであなたの半導体を長年にわたり働かせるのにそれらを使用していたら助けます。
ICパッケージのことを知らなくても大丈夫です。 私たちはこの記事の後半でそれについて広範囲に話しています。
しかし、それはどのように動作しますか？
ICの包装は可能な圧力および要素から保護されてとどまるためにPCB板のあらゆる破片を作ります。
では、ICパッケージについての深い知識の準備はできていますか？ 次に、記事に飛び込みましょう。
ICパッケージとは何ですか？
集積回路パッケージングとも呼ばれるICパッケージングを簡単に定義します。
だから、半導体装置を有する任意の構成要素を指す。 そしてパッケージは回路装置を囲むencasementである。 プラスは、第一次目的装置をから防ぐことです:
- 物理的な障害
- 腐食
しかし、それだけではありません。
また、それに取り付けられた電気接点をPCBに接続するためのプラットフォームとしても機能します。
ICパッケージに関しては、考慮すべきさまざまなオプションがあります。 そしてそれは利用できるさまざまな回路のためにあります。 また、これらの回路には、外殻のために他の要件があります。
ICパッケージはどの段階が必須ですか？
一般的に、ICパッケージングは半導体デバイスの最後の生産段階です。 したがって、この段階では、半導体部品はエンクロージャ内で保護されます。 この筐体パッケージは一つのことを行います。 それは多分外的な要素を傷つけることからICを保護する。 プラス、それはまた腐食からそれを保護します。
だから、ここで取引です。
筐体パッケージはエンカセメントです。 これは、デバイスブロックを保護する責任があります。 また、重要な要素を促進するのにも役立ちます。 そのようなものの1つは電気接点です。 これらの部品は電子電気器具のPCBに信号を運ぶのを助けます。
ICパッケージングの歴史
1970年代以降、ICパッケージング技術は着実に成長しています。 当初、ball grid array（bga）パッケージとして開始されました。 そしてほとんどの電子工学の製造業者はまたそれを使用しました。
しかし、その後、21世紀の初めに、新しい品種がピングリッドアレイパッケージを追い抜いた。
彼らは新しい品種と呼ばれました:
- Plastic quad flat pack
- 薄い小さなアウトラインパッケージ
時間が経つにつれて、Intelのようないくつかのメーカーがland grid arrayパッケージを存在させました。
フリップチップボールグリッドアレイ（FCBGAs）がBGAsを上回った。 そしてそれはFCBGAsの家のために他のパッケージ-デザインよりより多くのピンあります。
また、FCBGAは、エッジとは対照的に、完全なダイの上に入力信号と出力信号を持っています。
異なる種類のICパッケージ
約十種類のICパッケージタイプがあります。 しかし、この記事では、4つをリストします。
2.1スルーホールマウントパッケージ
このICパッケージは、電子部品に使用される実装構造です。 そしてそれらはPCBのあけられた穴に挿入する部品の鉛（Pb）の使用を含んでいます。
裏面のパッドにも接着されます。 そしてこれは機械化された挿入の台紙機械の使用によって起こる。 または手の配置である手動アセンブリの使用によって。
スルーホールマウントパッケージは、表面実装に適していない部品に最適です。 そのような例は、ヒートシンクされたパワー半導体および大型変圧器である。
2.2表面実装パッケージング
表面実装ICパッケージングとは、電気部品をPCBの外装に直接取り付ける方法を指します。
このICパッケージング方法を使用する電気デバイスは、表面実装デバイス（SMD）です。
また、表面実装パッケージング技術の出現により、スルーホール実装パッケージングが飲み込まれました。
なぜこれがそうだったのですか？
SMTが自動製造の増加をサポートしていたからです。 そしてそれは品質改善およびコスト削減を可能にします。
しかし、それだけではありません。
表面実装パッケージには、より多くの部品を特定の領域に取り付けることができるプラットフォームがあります。
また、スルーホールマウントと比較するとSMTが小さくなります。 そしてそれはより小さいか、または鉛を持っていないのである。 さらに、それは次のものを持っています:
- フラットコンタクト
- 様々なスタイルのリードまたはショートピン
- コンポーネントの外装の終端
- はんだボールのマトリックス
2.3 チップスケールパッケージ
チップスケールパッケージの別名はチップサイズパッケージです。 それはチップサイズで来るいくつかのパッケージの一つだから、その名前を派生しました。
しかし、それだけではありません。
ICパッケージがチップスケールとして認定されるには、以下の基準を満たしている必要があります:
- シングルダイ
- ダイレクト面実装可能パッケージ
- ダイの1.2倍以下の面積
1993年、日立電線の村上玄と富士通の葛西純一が上記の概念を提案した。 しかし、三菱電機は最初のコンセプトデモを作成しました。
しかし、より多くがあります。
チップスケール技術には以下のものが必要です。
まず、ボールやパッドが形成されるインターポーザがダイを保持している必要があります。 そしてこの包装はフリップチップボールグリッドアレイ包装の技術に似ています。
第二に、パッドはシリコンウェハに直接印刷またはエッチングすることができます。 そして、これはほとんどシリコンダイのサイズを持っているパッケージになります。 このようなパッケージの完璧な例は、水位チップスケールパッケージ（WL-CSP）または水位パッケージ（WLP）です。
1990年代には、WL-CSPの生産が開始されました。 しかし、多くの企業が2000年代初頭に量産を開始し、先進半導体エンジニアリングはWL-CSPを量産した企業の優れた例です。
2.4球の格子配列
球の格子配列はマイクロプロセッサを永久に取付けるのに使用されるタイプの包装です。
しかし、それだけではありません。
このパッケージは、フラットまたはデュアルインラインパッケージよりも多くの相互接続ピンを提供します。
したがって、このパッケージの最良の部分は次のとおりです。
周囲だけでなく、底面全体を使用できます。 そしてパッケージに結合する跡は球かワイヤーに導きます。
これらのボールまたはワイヤは、境界のみである平均的に短いパッケージにダイを接続します。 最終的には、パッケージは、より高い速度と優れた性能をもたらします。
また、エンジニアとして、BGAデバイスをはんだ付けするための正確な制御が必要です。 そして、それはその非常に繊細なシステムのためです。 したがって、ほとんどの企業はエラーを回避するために自動化されたプロセスに固執します。
ICパッケージに必要な材料と組立方法
異なるICパッケージを構築するために必要な材料は不可欠です。
なぜ？
パッケージの基盤は三つの要因が確立しているからです。 そして、彼らは:
- 化学的性質
- 物理的性質
- 電気的性質
しかし、それだけではありません。
パッケージの性能も制限要因となります。
だから、三つの主要なパッケージ材料に飛び込むことができます。
3.1リードフレーム材料の場合
リードフレーム材料が支配的なICパッケージ材料です。 それ故に、エンジニアはワイヤー bondable終わりのためにそれらを大抵使用し、ワイヤー結束は相互に連結された死にます。 そして、完璧な例は金や銀です。
これらの仕上げは、スポットめっき法により内部ボンドランドエリアにめっきされます。 そうすることによって、費用のトンを救う。 そしてそれは貴金属がencapsulantsに容易に結合しないのである。
3.2セラミックパッケージ用
インコネルまたは合金42は、セラミックパッケージ用の一般的な選択肢です。 どうして？ それは合金とCTE間に連結があるのであります。 近いマッチは陶磁器のもろさのために重大な特徴である。
しかし、CTEの低さは有害な影響を与える可能性があります。 表面実装されたデバイスの最終的な集合体をインストールすると、それは悪化します。 ただし、CTEのサイズは重要な役割を果たします。 そして、私たちはすべてを最も一般的なPCB基板の不一致にリンクすることができます。
また、CTEの低い金属はリードフレームとしてうまく機能するという優れた評判を持っていることに注意する必要があります。 そしてそれらはプラスチックすくいタイプおよび陶磁器のパッケージのために完全に働く。
ただし、銅リードフレーム材料は、通常、表面実装プラスチックパッケージに理想的な選択肢です。 そしてそれはそれらにはんだの接合箇所をしっかり止める容量および承諾があるのである。
しかし、それだけではありません。
銅も高い導電性を持っており、これは大きなプラスです。
3.3ラミネート材料
ICパッケージの場合、ラミネート材料のリードフレームを置き換えることができます。 また、I/Oカウントが高い場合に便利です。 または多分高性能レベルを捜している。
しかし、ここであなたが知っておくべきことです。
1970年代後半から、ラミネートが存在しています。 そして、彼らはチップオンボードシステムのためにそれらを使用しました。 したがって、chip-on-boardをよく見てみると、何かに気付くでしょう。 それはパッケージで必要なすべての必要な要素と来る。
さらに、元の場所にパッケージがあります。
それから、ラミネートパッケージは費用対効果の高いオプションとして機能します。 それは薄く、厚い陶磁器の基質よりさらにもっと現実的である。 したがって、ほとんどのエンジニアは、その経済的価値のために広くそれを使用しています。
また、技術者はより高い温度の新しい有機積層板を好む。 そして、それは費用対効果が高いからだけではありません。 しかし、彼らはより好ましい電気的属性を持っています。 良い例は、誘電率が低いことです。
ダイアタッチ材
ダイアタッチ材は、ダイと基板の接合に優れています。 プロセスは、最初は簡単に見えるかもしれませんが、それは様々な要件を持っています。 そして、それはアプリケーションに依存します。
しかし、ほとんどの場合、ダイアタッチはフェイスアップワイヤーボンドの組み立てに最適です。 だから、それは熱的に導電性です。 しかし、いくつかのケースでは、それは導電性です。
また、ダイアタッチプロセスには、添付された材料に真空がなければなりません。 そうすれば、金型のホットスポットを避けることができます。 そしてダイス付加材料の破片力が上がると同時に、より多くの価値を得ます。
封止材
封止材は、ICパッケージの最終的な部分に似ています。 それ故に、それに保護の第一次機能があります。 そしてencapsulantsは環境および物理的な損傷から敏感なとらわれのワイヤーおよび破片を保護します。
だから、精度と注意を払ってそれを適用する必要があります。 これにより、ワイヤのスイープが防止され、ワイヤが互いに短絡する可能性があります。
しかし、それだけではありません。
ICパッケージには、
5つの基本的なタイプがあります。1エポキシエポキシブレンド
エポキシエポキシブレンドはメーカーの間で非常に人気があります。 結局のところ、有機樹脂は構造工学用途で最も一般的です。 プラス、それは低価格で熱性能および特性の有利な組合せである。
5.2シリコーン材料
シリコーン材料は、二番目に人気のある封止材です。 そしてそれらはICの破片のために便利入って来。 間違いなく、シリコン材料の処理および硬化レジメンは有機樹脂に似ています。
しかし、この材料は有機樹脂ではありません。
シリコーン樹脂には二つの基本的なタイプがあります:
- 室温-加硫可能（RTV）
- 溶媒ベース
異なるメカニズムで硬化（シリコーンを固体に変換）を達成することもできます。 そしてそれはあなたが選ぶシリコーン材料のタイプによって決まります。
室温-加硫可能なものは、いずれかによって硬化することができます:
- 触媒添加
- 湿気（部屋の湿気）への露出)
一方、溶剤系樹脂を硬化させる最も一般的な方法は、熱的手段によるものです。 しかし、溶媒ベースの樹脂は、溶媒の蒸発後にのみ固定することができます。
シリコーン樹脂は、コンプライアンスを求めるCspのための一般的な選択肢です。 そしてそれはこれらの樹脂が温度の範囲に適用範囲が広いのである(-650から1500C)。
5.3ポリイミド
このカプセル剤は、このリストの前のものほど人気がありません。 また、それはダイス付着力の公式のそれを見つけることはまれです。 それは柔軟なPcbに来るときしかし、それは非常に一般的です。 そして、それは次のような有益な機能のおかげで素晴らしい選択をします:
- 化学物質に対する顕著な耐性
- 印象的な電気的特性
- 極端な耐久性
- 優れた引張強さ
- 広い温度範囲での安定性
- 優れた耐熱性
- -2000から3000c
ワイヤボンディング
ワイヤボンディングは、半導体デバイスの製造に有用なプロセスです。 また、ICまたは他の半導体デバイスとそのパッケージとの間の相互接続を行うことも含まれます。
ワイヤボンディングは、ICを他の電子機器に接続する場合にも便利です。 または、2つのPcb間の接続を作成する場合。 この方法は最も費用対効果が高い。 そして、あなたは100Hz以上の周波数でそれを使用することができます。
ボンドワイヤを構成する材料は以下のとおりです:
- 銀
- アルミニウム
- 金
- 銅
金線はワイヤボンディングでは非常に一般的です。 しかし、窒素が豊富な組立環境がある場合は、銅線が良い選択肢です。
経済的な代わりがほしいと思えば、アルミニウムワイヤーが付いている結束をくさびで留めることができます。
:
- 室温の超音波くさびの結合
- 熱圧縮の結合
- Thermosonic球の結合
超音波結合はダイスおよび基質の結束を含んでいます。 プラス、それはワイヤーに与えるのに構成アセンブリの表面の穴の使用によって始まる。
シリコンIcをコンピュータに接続する場合は、熱ソニックボンディングを使用するのが理想的です。 この手順は、Cpuのコンポーネントを組み立てるのに役立ちます。 その結果、それはラップトップおよびPcの回路部品を統合します。
熱圧着は、熱と力の混合で二つの金属を接合することを含みます。 このプロセスは、デバイスパッケージと電気構造を表面実装から保護するのに役立ちます。
ウェーハボンディング
ウェーハボンディングはウェーハレベルで動作します。 そしてそれは製造のために有用です:
- 光電子
- マイクロ電子
- ナノ電気機械システム（MEMS）
- マイクロ電子
- ナノ電気機械システム（NEMS)
この実装技術は機械的に安定した、密封状態で密封されたカプセル封入があることを保障する。 プラスは、直径の範囲マイクロ電子工学装置を作り出すための12インチである。 対照的に、MEMS/NEMSの直径範囲は4〜8インチです。
ウェーハボンディングは、環境の影響からNEMおよびMEMSの敏感な内部構造を保護するのに役立ちます。 環境への影響の例は次のとおりです:
- 酸化種
- 温度
- 水分
- 高圧
パッケージは以下の要件を満たす必要があります:
- 放熱
- エネルギーと情報の流れの最適なメンテナンス
- 異なる技術を持つ要素の組み込み
- 環境の影響からの保護
- 周囲との互換性
ICパッケージングデザイン
次世代ICパッケージングデザインは、以下を達成するための最良の方法です。:
- 機能密度
- 異種集積
- シリコンスケーリング
さらに、多くのアプリケーションでは、パッケージ全体のサイズを縮小するのに理想的です。
したがって、同種および異種ICパッケージは、以下のパスを提供します:
- 市場投入までの時間の短縮
- シリコン歩留まり弾力性
- デバイス機能の強化
今日、様々なIC技術プラットフォームが登場し、以下を満たしています:
- 高性能
- パワー最適化
- 費用対効果
そしてそれらは異なった企業の必要性を次のように満たします:
- 人工知能（AI）
- 高性能コンピューティング（HPC）
- 航空宇宙
- 医療
- IoT
- モバイルコンピューティング
- 自動車
- 5G
- 仮想現実（VR）
- )
しかし、私たちは新しいIC実装技術について一つのことに注意する必要があります。
古いパッケージ方法論や設計ツールに固有のボトルネックをもたらします。
だから、設計チームがこれらの新しいICパッケージを使用する必要がある場合、彼らは一つのことをしなければなりません。
彼らはエンジニアリングシステム全体の最適化と検証に取り組む必要があります。 つまり、単一の要素で停止することはできません—すべてを実行する必要があります。
また、この事実を知っている必要があります：
小規模ラミネートまたはビルドアップベースのPCBは、従来のICパッケージ基板設計と非常に似ています。 そして従来のPCBの生産者は変更されたPCB用具が付いている古いICのパッケージを設計し、造ることができます。
しかし、それは今日利用可能な近代的な高度なパッケージとは異なるボールゲームです。 それらは最も最近の製造方法、プロセスおよび材料を使用する。 プラス、それらはケイ素の鋳物場プロセスに非常に類似しています。
彼らはまた、あらゆるレベルで設計し検証するための新鮮で革新的なアプローチを必要としています。
一つのICパッケージの課題すべてのエンジニアは
を避けなければならない最新のICパッケージ技術を扱う場合、エンジニアは以下のことを避けなければならない。
基板の正確な凝集—それは受動的でアクティブである可能性があるため、同時に基板の正確な凝集を避ける必要があります。
基板とデバイスは異なるソースから来ているので、一つのことは確かです。 ICのパッケージデザインはさまざまな形式で提供されますが、これは難しいことです。
ソリューション
最新のICパッケージに遅れないようにするのに役立ちます。 そして設計は支え、含まなければなりません:
- マルチドメイン統合
- Golden signoff
- デジタルプロトタイピング
- スケーラビリティと範囲
- 精密生産ハンドオフ
ラップアップ
適切なICパッケージングを選ぶことの重要性を強調することはできません。 それ故に、完全な包装と、あなたのPCBへの腐食か損傷を心配しません。
というわけで、時間をかけてICパッケージを詳しく説明しました。
だから、必要なICパッケージの種類を決定する前に、次の要因を考慮してください:
- 接続
- コスト
- 電源
- アセンブリ容量
そうすれば、あなたは最も希少な最小値にあなたのオプションを絞り込むことができるだろう。
だから、どのICパッケージがあなたのニーズに合うと思うか教えてください。 また、私達に連絡することによってあなたの思考および提案を共有するために歓迎されています。