IC-förpackning: Vad är det och varför behöver du det för dina elektroniska enheter?

när du ser ordet; IC-förpackning, vad är det första som kommer att tänka på?

naturligtvis skydd. Eller kanske säkerhet. Vilket ord du än väljer är acceptabelt. Och det beror på att IC-förpackningar gör det möjligt för halvledare att hålla längre.

om du är ingenjör bör du veta om dem. Och det skulle hjälpa om du använde dem för att göra ditt halvledararbete i många år utan att utveckla fel.

det är okej om du inte vet om IC-förpackningar. Vi skulle prata mycket om det senare i det här inlägget.

men hur fungerar det?

IC-förpackningar gör att varje chip i ett PCB-kort förblir skyddat från eventuell stress och elementen.

så är du redo för lite fördjupad kunskap om IC-förpackningar? Låt oss sedan hoppa in i artikeln.

Vad är IC-förpackning?

vi definierar IC-förpackningar, även känd som integrerad kretsförpackning, i enkla termer.

så hänvisar det till någon komponent som har en halvledaranordning. Och paketet är ett hölje som omger kretsanordningen. Dessutom är dess främsta syfte att förhindra att enheten:

• fysisk försämring
• korrosion

men det är inte allt.

den fungerar också som en plattform som gör att elektriska kontakter monterade på den kan anslutas till kretskortet.

när det gäller IC-förpackningar finns det olika alternativ att överväga. Och det är på grund av de olika kretsarna som finns tillgängliga. Dessa kretsar har också andra krav på grund av deras yttre skal.

vilket steg är IC-förpackningen nödvändig?

typiskt är IC-förpackningar det sista produktionssteget för halvledaranordningar. Därför skyddas halvledarkomponenten i detta skede i ett hölje. Och detta kapslingspaket gör en sak. Det skyddar IC från att eventuellt skada de yttre elementen. Dessutom skyddar den också mot korrosion.

så här är affären.

kapslingspaketet är ett fodral. Det är ansvarigt för att skydda enhetsblocket. Och det bidrar också till att främja viktiga komponenter. En av dessa är de elektriska kontakterna. Dessa komponenter hjälper till att bära signaler till PCB på en elektronisk apparat.

historien om IC-förpackningar

sedan 1970-talet har IC-förpackningstekniken upplevt en stadig tillväxt. Ursprungligen började de som ett ball grid array (BGA) – paket. Och de flesta elektroniktillverkare använde det också.

men senare, i början av det 21: a århundradet, övertog nyare sorter pin-grid-arrayp-paketen.

de kallade de nya sorterna:

• Plastic quad flat pack
• det tunna lilla konturpaketet

när tiden gick, tog några tillverkare som Intel land grid array-paket till existens.

under tiden överträffade flip-chip ball grid arrays (Fcbga) BGA. Och det är på grund av FCBGAs-huset fler stift än andra paketdesigner.

FCBGA har också ingångs-och utgångssignaler ovanför hela formen, i motsats till kanterna.

de olika typerna av IC-förpackningar

det finns cirka tio olika IC-förpackningstyper. Men i den här artikeln listar vi fyra.

2.1 genomgående Hålmonteringspaket

denna IC-förpackning är en monteringsstruktur som används för elektroniska delar. Och de inkluderar användning av bly (Pb) på de delar som sätter in i PCB: s borrade hål.

de blir också bundna till dynor på baksidan. Och detta händer genom att använda mekaniserade infogningsmonteringsmaskiner. Eller genom att använda manuell montering, som är handplacering.

genomgående hålmonteringsförpackningen är idealisk för delar som inte är lämpliga för ytmontering. Ett exempel på sådant är kylflänsade krafthalvledare och stora transformatorer.

2.2 ytmonterad förpackning

ytmonterad IC-förpackning avser en metod där elektriska komponenter monteras direkt på kretskortets utsida.

alla elektriska enheter som använder denna metod för IC-förpackning är en ytmonterad enhet (SMD).

dessutom svalde tillkomsten av Ytmonteringsförpackningstekniken förpackningen genom hålet.

Varför var det så?

det berodde på att SMT stödde ökad automatiserad tillverkning. Och det möjliggör kvalitetsförbättring och kostnadsminskning.

men det är inte allt.

ytmonteringsförpackningen har en plattform som gör att fler komponenter kan monteras på ett visst område.

även jämfört med genomgående hålfästen är SMT mindre. Och det beror på att det har fått mindre eller inga ledningar. Dessutom har den följande:

• platta kontakter
• en ledning av olika stilar eller korta stift
• avslutningar på komponentens yttre
• en matris av lödkulor

2.3 Chip – skala paket

ett annat namn för Chip-skala paket är chip – storlek förpackning. Det härledde det namnet eftersom det är ett av få paket som kommer i chipstorlek.

men det är inte allt.

för att ett IC-paket ska kvalificeras som en chipskala måste det uppfylla dessa kriterier:

• var en enda dö
• har ett direkt ytmonterbart paket
• har ett område som är mindre än 1,2 gånger storleken på en dö

1993 föreslog Gen Murakami från Hitachi Cable och Junichi Kasai från Fujitsu ovanstående koncept. Mitsubishi Electric skapade dock den första konceptdemonstrationen.

men det finns mer.

chip-scale-tekniken kräver följande:

först måste interposer där bollar eller dynor bildas hålla munstycket. Och denna förpackning liknar tekniken för flip-chip ball grid array-förpackningen.

för det andra kan dynorna skrivas ut eller etsas direkt i kiselskivan. Och detta resulterar i en förpackning som nästan har storleken på kiselformen. Ett perfekt exempel på sådan förpackning är ett vattennivåpaket (WL-CSP) eller ett vattennivåpaket (WLP).

på 1990-talet startade produktionen av WL-CSP. Men många företag började massproducera det i början av 2000-talet. avancerad halvledarteknik är ett utmärkt exempel på ett företag som massproducerade WL-CSP.

2.4 Ball Grid Array

Ball grid array är en typ av förpackning som används för att montera mikroprocessorer permanent.

men det är inte allt.

paketet ger också fler sammankopplingsstift än ett platt eller dubbelt in-line-paket.

därför är den bästa delen av detta paket:

du kan använda hela bottenytan, inte bara omkretsen. Och spåren som går med i förpackningen leder till bollarna eller ledningarna.

det finns mer.

dessa bollar eller ledningar ansluter munstycket till i genomsnitt kortare paket, som endast är omkrets. I slutändan ger paketet högre hastighet och bättre prestanda.

som ingenjör behöver du också exakt kontroll för att lödda BGA-enheter. Och det är på grund av dess mycket känsliga system. Således håller de flesta företag sig till automatiserade processer för att undvika fel.

vilka är de nödvändiga materialen för IC-paket och Monteringssättet

de nödvändiga materialen som används för att bygga olika IC-paket är väsentliga.

varför?

det beror på att tre faktorer skapar grunden för ett paket. Och de är:

• kemiska egenskaper
• fysikaliska egenskaper
• elektriska egenskaper

men det är inte allt.

paketets prestanda fungerar också som en begränsande faktor.

så låt oss dyka in i de tre primära paketmaterialen.

3.1 för Blyrammaterial

blyrammaterialen är de dominerande IC-förpackningsmaterialen. Därför använder ingenjörer dem mest för trådbindbara ytor och trådbindningsanslutna formar. Och ett perfekt exempel är guld eller silver.

dessa ytor blir pläterade i det inre bond-landområdet via en spot-plating-metod. Genom att göra det sparar du massor av kostnader. Och det beror på att ädelmetaller inte går med i inkapslingar med lätthet.

3.2 för keramiska förpackningar

Inconel eller Alloy 42 är ett vanligt val för keramiska förpackningar. Varför? Det beror på att det finns en koppling mellan legeringarna och CTE. Den nära matchen är en avgörande funktion på grund av keramikens brittleness.

men den låga CTE kan ha en skadlig effekt. Och det är värre om du installerar den slutliga monteringen av ytmonterade enheter. Storleken på CTE spelar emellertid en viktig roll. Och vi kan länka allt till missanpassningen av de vanligaste PCB-substraten.

vi måste också notera att lägre CTE-metaller har ett utmärkt rykte för att fungera bra som blyramar. Och de fungerar perfekt för plast DIP-typ och keramiska paket.

men koppar bly RAM Material är oftast ett idealiskt val för ytmonterade plastförpackningar. Och det beror på att de har kapacitet och efterlevnad för att säkra lödfogar.

men det är inte allt.

koppar har också en högre ledningsförmåga, vilket är ett stort plus.

3.3 laminatmaterial

för IC-förpackningar kan du ersätta blyramar för laminatmaterial. Och de kommer till nytta när du har höga I/O-räkningar. Eller kanske du letar efter högpresterande nivåer.

men här är vad du borde veta.

sedan slutet av 1970-talet har laminat funnits. Och sedan använde de dem för chip-on-board-System. Därför, om du tittar bra på chip-on-board, skulle du märka något. Den levereras med alla nödvändiga element som krävs i ett paket.

Plus, det har ett paket beläget på den ursprungliga platsen.

förutom det fungerar laminatpaket som kostnadseffektiva alternativ. Det är ännu billigare än de tunna och tjocka keramiska substraten. Således använder de flesta ingenjörer det i stor utsträckning på grund av dess ekonomiska värde.

dessutom föredrar ingenjörer nyare organiska laminat med högre temperaturer. Och det är inte bara för att det är kostnadseffektivt. Men de har mer föredragna elektriska attribut. Ett bra exempel är den lägre dielektriska konstanten.

Die-Attach Material

Die-attach material är utmärkt för bindning dö till substratet. Processen kan verka lätt först, men den har olika krav. Och det beror på ansökan.

men de flesta gånger är die attach idealisk för montering med uppåtvänd trådbindning. Så det är termiskt ledande. Men i vissa fall är det elektriskt ledande.

dessutom får munstycksprocessen inte ha några dammsugare i det bifogade materialet. På så sätt kan du undvika heta fläckar på munstycket. Och när chip-kraften i formfästmaterialet stiger, blir det mer värde.

Encapsulants

en encapsulant är mer som den sista delen av ett IC-paket. Därför har den en primär funktion av skydd. Och inkapslarna skyddar de känsliga bindningstrådarna och chipet från miljön och fysiska skador.

så du måste applicera den med precision och omsorg. På så sätt förhindrar du trådsvepning, vilket kan orsaka kortslutning av ledningar till varandra.

men det är inte allt.

när det gäller IC-förpackningar finns det tre grundläggande typer av inkapslingsmaterial som är användbara:

5.1 epoxi-och Epoxiblandningar

epoxi – och epoxiblandning är ganska populär bland tillverkare. När allt kommer omkring är organiska hartser de vanligaste i konstruktionstekniska applikationer. Dessutom är det en fördelaktig blandning av termisk prestanda och egenskaper till ett lågt pris.

5.2 silikonmaterial

silikonmaterial är de näst mest populära inkapslingsmedlen. Och de kommer till nytta för IC-chips. Utan tvekan liknar bearbetnings-och härdningsregimer av kiselmaterial organiska hartser.

men detta material är inte ett organiskt harts.

det finns två grundläggande typer av silikonhartser:

• rumstemperatur-vulkaniserbar (RTV)
• lösningsmedelsbaserad

du kan också uppnå härdning (omvandling av silikon till fast material) med olika mekanismer. Och det beror på vilken typ av silikonmaterial du väljer.

när det gäller rumstemperaturen-vulkaniserbar kan du bota den antingen genom att:

• Katalysatortillägg
• exponering för fukt (rumsfuktighet)

å andra sidan är det vanligaste sättet att bota lösningsmedelsbaserade hartser med termiska medel. Men du kan bara fixa de lösningsmedelsbaserade hartserna efter avdunstning av lösningsmedlet.

silikonhartser är ett populärt val för CSP: er som söker efterlevnad. Och det beror på att dessa hartser är flexibla över ett temperaturområde (-650 till 1500c).

5.3 polyimid

denna inkapsling är inte lika populär som de tidigare på den här listan. Det är också sällsynt att hitta det i självhäftande formuleringar. Men det är ganska vanligt när det gäller flexibla PCB. Och det gör ett underbart val tack vare dess fördelaktiga funktioner som:

• anmärkningsvärd motståndskraft mot kemikalier
• imponerande elektriska egenskaper
• extrem hållbarhet
• utmärkt draghållfasthet
• stabilitet över ett brett temperaturområde
• stor värmebeständighet
• stort Driftstemperaturområde från -2000 till 3000c

trådbindning

trådbindning är en process som är användbar för tillverkning av halvledaranordningar. Det handlar också om att göra sammankopplingar mellan en IC eller annan halvledaranordning och dess förpackning.

Trådbindning kommer också till nytta om du planerar att ansluta en IC till annan elektronik. Eller om du vill skapa en anslutning mellan två PCB. Metoden är den mest kostnadseffektiva. Och du kan använda den vid frekvenser över 100Hz.

följande material utgör bindningstrådarna:

• Silver
• aluminium
• guld
• koppar

guldtrådar är ganska vanliga vid trådbindning. Men om du har en kväverik monteringsmiljö är koppartråd ett bra alternativ.

om du vill ha ett ekonomiskt alternativ kan du kila bindningen med aluminiumtråd.

sammansättningar i trådbindning finns i tre format:

• rumstemperatur ultraljud kil bindning
• termo-komprimering bindning
• Thermosonic boll bindning

ultraljud bindning innefattar en dö och substrat bindning. Dessutom börjar det med att använda ett hål i ytan på en komponentenhet för att mata tråd.

om du vill ansluta kisel Ic till datorer är det idealiskt att använda termosonisk bindning. Och proceduren hjälper till att montera komponenter i CPU: erna. Följaktligen integrerar den kretsarna för bärbara datorer och datorer.

Termokompressionsbindning innebär sammanfogning av två metaller med en blandning av värme och kraft. Processen hjälper till att skydda enhetspaket och elektriska strukturer mot ytmontering.

Wafer bonding

Wafer bonding fungerar på wafer-nivå. Och det är användbart för att tillverka:

• optoelektronik
• Mikroelektromekaniska system (MEMS)
• mikroelektronik
• Nanoelektromekaniska system (NEMS)

denna förpackningsteknik säkerställer att det finns en mekaniskt stabil och hermetiskt förseglad inkapsling. Dessutom är dess diameterområde 12-tums för att producera mikroelektroniska enheter. Däremot har MEMS / NEMS ett diameterområde på 4 till 8 tum.

Waferbindning hjälper till att skydda de känsliga inre strukturerna hos NEMS och MEMS från miljöpåverkan. Exempel på miljöpåverkan är:

• oxiderande arter
• temperatur
• fukt
• högt tryck

så paketet ska uppfylla följande krav:

• värmeavledning
• optimalt underhåll av energi och informationsflöde
• inkorporering av element med olika tekniker
• skydd mot miljöpåverkan
• kompatibilitet med den omgivande periferin

IC förpackningsdesign

nästa generations IC förpackningsdesign är det bästa sättet att uppnå följande:

• funktionell densitet
• heterogen integration
• Kiselskalning

Plus, För många applikationer är den idealisk för att minska den totala paketstorleken.

därför ger homogena och heterogena IC-förpackningar en väg till följande:

• snabbare time-to-market
• Silicon yield resiliency
• förbättrad enhetsfunktionalitet

idag har olika IC-teknikplattformar uppstått och de uppfyller följande:

• hög prestanda
• effektoptimeringar
• kostnadseffektivitet

och de uppfyller behoven hos olika branscher som:

• artificiell intelligens (AI)
• högpresterande datorer (HPC)
• flygindustrin
• Medicinsk
• IoT
• mobila datorer
• fordonsindustrin
• 5g
• virtuell verklighet (VR)
• förstärkt verklighet (ar)

men vi måste notera en sak om den nya IC-förpackningstekniken.

de ger unika flaskhalsar för föråldrade paketmetoder och designverktyg.

så om ditt designteam måste använda dessa nya IC-paket måste de göra en sak.

de måste arbeta för att optimera och verifiera hela sitt tekniska system. Det betyder att du inte kan stanna vid de enskilda elementen—du måste köra allt.

du bör också veta detta faktum:

småskaligt laminat eller uppbyggnadsbaserad PCB är ganska lik traditionell IC-förpackningsunderlagdesign. Och traditionella PCB-producenter kan designa och bygga de gamla IC-paketen med modifierade PCB-verktyg.

men det är ett annat bollspel med de moderna avancerade paketen som finns tillgängliga idag. De använder de senaste tillverkningsmetoderna, processerna och materialen. Dessutom är de ganska lik kisel gjuteri processer.

de kräver också ett nytt och innovativt tillvägagångssätt för att designa och verifiera på alla nivåer.

en IC—Paketutmaning varje ingenjör måste undvika

vid hantering av den senaste IC-förpackningstekniken måste ingenjörer undvika följande:

en exakt aggregering av substrat-eftersom det kan vara passivt och aktivt samtidigt.

eftersom substraten och enheterna kommer från olika källor är en sak säker. IC-paketdesignerna kommer i olika format, vilket är knepigt.

lösning

det hjälper om du håller dig uppdaterad med de senaste IC-paketen. Och mönstren måste stödja och inkludera:

• Multi-domain integration
• Golden signoff
• Digital prototyping
• skalbarhet och räckvidd
• Precisionsproduktion handoff

förpackning upp

vi kan inte betona vikten av att välja rätt IC-förpackning tillräckligt. Därför, med den perfekta förpackningen, kommer du inte oroa dig för korrosion eller skador på din PCB.

Därför tog vi oss tid att förklara IC-förpackningen i detalj.

så innan du bestämmer dig för vilken typ av IC-förpackning du behöver, överväga dessa faktorer:

• anslutning
• kostnad
• ström
• Monteringskapacitet

på så sätt kan du begränsa dina alternativ till det minsta minimumet.

så låt oss veta vilken IC-förpackning du tror passar dina behov. Du är också välkommen att dela dina tankar och förslag genom att kontakta oss.