IC balení

přejít na: co je IC balení? / Jaký je balíček IC / co je balení IC / typy balení IC / úvahy o návrhu IC / jaký je nejběžnější typ balíčku IC / alternativní materiály a metody Balení IC pro montáž / Co je materiál pro připevnění? | Typy montáže drátových vazeb | Zapouzdřovače / porozumění IC balení / IC balení z obvodů tisíciletí

aby polovodič spolehlivě fungoval po mnoho let používání, je zásadní, aby každý čip zůstal chráněn před prvky a možným namáháním. To nás přivádí ke dvěma otázkám – co je obal integrovaného obvodu (IC) a proč je nezbytný pro vaše elektronické aplikace? Pokud pracujete v elektronickém průmyslu a nejste si jisti, jak může obalový materiál IC pracovat pro vás, zde je základní rozpis myšlenky IC packaging.

co je balíček v IC?

IC obal označuje materiál, který obsahuje polovodičové zařízení. Obal je pouzdro, které obklopuje obvodový materiál, aby byl chráněn před korozí nebo fyzickým poškozením a umožňoval montáž elektrických kontaktů, které jej připojují k desce s plošnými spoji (PCB). Existuje mnoho různých typů integrovaných obvodů, a proto existují různé typy návrhů IC obalových systémů, které je třeba zvážit, protože různé typy návrhů obvodů budou mít různé potřeby, pokud jde o jejich vnější plášť.

co je IC balení?

IC balení je poslední etapou výroby polovodičových zařízení. Během této fáze se polovodičový blok zakryje v obalu, který chrání IC před potenciálně škodlivými vnějšími prvky a korozivními účinky věku. Balíček je v podstatě obal určený k ochraně bloku a také k podpoře elektrických kontaktů, které dodávají signály na desku s plošnými spoji elektronického zařízení.

technologie IC packaging se vyvinula od roku 1970, kdy se balíčky ball grid array (BGA) poprvé začaly používat mezi výrobci elektronických obalů. Na úsvitu 21. století, novější možnosti v balíčkových technologiích zastínily balíčky pin grid array, jmenovitě plastový quad flat pack a tenký malý obrys. Jak noughties postupoval, výrobci jako Intel ohlašoval v éře pozemních Grid Array balíčků.

mezitím, flip-chip ball grid arrays (FCBGAs), které pojmou více pinů než jiné typy balíčků, nahradily BGA. Fcbga obsahuje vstupní a výstupní signály po celé matrici, na rozdíl od pouze okrajů.

typy obalů IC

existují různé způsoby, jak kategorizovat návrhy obalů IC na základě formace. Jako takové existují dva typy IC balíčků: Typ olověného rámu a typ substrátu.

jaké jsou názvy IC balíčků?

kromě základní strukturální definice IC balíčku rozlišují další kategorie sekundární typy propojení. Další informace o různých kategoriích IC balíčků naleznete níže:

• Pin-grid array: jsou určeny pro soketování.
• Lead-frame a dual-inline balíčky: tyto balíčky jsou určeny pro sestavy, ve kterých kolíky procházejí otvory.
• Chip scale package: balíček chip scale je jednodílný, přímý povrch montovatelný balíček s plochou menší než 1,2 násobek plochy matrice.
• Quad flat pack: balení s olověným rámem odrůdy bezolovnaté.
• Quad flat no-lead: malý balíček o velikosti čipu, který se používá pro povrchovou montáž.
• Multičipový balíček: Multichip balíčky, nebo multichip moduly, integrovat více integrovaných obvodů, diskrétní komponenty a polovodičové matrice na substrát, takže je tak balíček multichip připomíná větší IC.
• Area array package: tyto balíčky nabízejí maximální výkon při zachování místa tím, že umožňují použití jakékoli části plochy čipu pro propojení.

je důležité si uvědomit, že mnoho společností využívá balíčky oblastních polí. Nejdůležitějším příkladem v tomto ohledu je balíček BGA, který je dodáván v různých formátech, včetně balíčků tiny chip scale-někdy označovaných jako balíčky QFN-a větších balíčků. Konstrukce BGA zahrnuje organický substrát a jeho nejlepší použití je ve vícečipových strukturách. Multichip moduly a balíčky jsou hlavními alternativami řešení, která používají formát system-on-chip. Mezi další možnosti patří dvoustupňové a dvoustupňové propojovací balíčky.

kromě toho se v průmyslovém jazyce chytila kategorie pro montáž destiček IC, známá jako WLP (wafer-level packaging). V obalech na úrovni oplatky se konstrukce vyskytuje na obličeji oplatky a vytváří balíček o velikosti flip čipu. Dalším balíčkem na úrovni oplatky je fan-out wafer-level packaging (FOWLP), což je pokročilejší verze konvenčních řešení WLP. Na rozdíl od WLP, kde je oplatka nakrájena na kostičky po připevnění vnějších vrstev obalu, dochází nejprve k krájení oplatky FOWLP.

IC konstrukční úvahy

výběr správného IC balíčku pro vaše aplikace začíná vědomím technických informací o široké škále návrhových úvah, které jdou do výroby IC balíčků. Například budete chtít vědět o správných materiálových kompozicích a substrátech pro váš IC balíček. Je také důležité znát rozdíl mezi pevnými a páskovými substráty. Mnoho společností také zvažuje použití laminátů jako alternativ k olověným rámům a vybírá substráty, které dobře fungují s kovovými vodiči.

další informace o některých hlavních konstrukčních úvahách níže.

Materiálové složení

výkon IC balíčku závisí do značné míry na jeho chemickém, elektrickém a materiálovém složení. Přes jejich funkční rozdíly, olověné rámové a laminátové obaly se silně spoléhají na složení materiálu. Olověné rámové balíčky, převládající formát, používají povrchové úpravy stříbrných nebo zlatých drátů, připojené metodou bodového pokovování. Díky tomu je proces jednodušší a dostupnější.

na keramických obalech je slitina 42 široce používaným kovovým typem, protože pracuje s podkladovým materiálem. Na plastových obalech je vhodnější měděný olověný rám, protože chrání pájecí spoj a nabízí vodivost. Vzhledem k politikám na určitých územích je materiál také jedním z kritických faktorů na plastových obalech pro povrchovou montáž.

vzhledem k revizím v evropských normách byla povrchová úprava olova předmětem intenzivní kontroly při montáži obalů nové úrovně. Cílem bylo najít životaschopné náhrady za pájky cínu a olova, které se snadno aplikují a jsou dlouholetým základem v celém odvětví. Výrobci se však ještě musí sjednotit kolem jediného řešení, částečně kvůli rozšířené konkurenci mezi dodavateli. Hlavní problém se zřejmě ještě nějakou dobu nevyřeší.

alternativa k olověným rámům

počínaje koncem 70. let se lamináty objevily jako alternativa k olověným rámům v sestavách chip-to-board. Dnes jsou lamináty rozšířeny v celém odvětví obalových řešení IC kvůli jejich relativní nákladové efektivitě ve srovnání s keramickými substráty. Nejoblíbenější lamináty jsou organické, vysokoteplotní typy, které poskytují vynikající elektrické vlastnosti a jsou také cenově dostupnější.

použitelné substráty

uprostřed nárůstu popularity polovodičových obalů došlo také ke zvýšené poptávce po použitelných substrátech a vložkách. Substrát je součástí balíčku IC, který dává desce její mechanickou pevnost a umožňuje jí připojit se k externím zařízením. Interposer umožňuje spojovací směrování v balíčku. V některých případech jsou slova” substrát “a” interposer ” zaměnitelná.

rozdíl mezi tuhými a páskovými substráty

obalové substráty se dodávají v tuhých a páskových odrůdách. Tuhé substráty jsou pevné a definované svým tvarem, zatímco páskové substráty jsou tenké a pružné. V počátcích výroby IC se substráty skládaly z keramického materiálu. Dnes je většina substrátů vyrobena z organického materiálu.

jestliže substrát sestává z více tenkých vrstev naskládaných za vzniku tuhého substrátu, je znám jako laminátový substrát. Dva z nejběžnějších laminátových substrátů při výrobě IC jsou FR4 a bismaleimid-triazin (BT). První z nich se skládá z epoxidu, zatímco druhý je vysoce kvalitní pryskyřičný materiál.

částečně díky svým izolačním vlastnostem a nízké dielektrické konstantě se BT pryskyřice objevila v IC průmyslu jako jeden z oblíbených laminátových materiálů. Na BGA je BT nejčastěji používaným ze všech substrátů. BT se také stala oblíbenou pryskyřicí pro lamináty chip scale package (CSP). Mezitím, konkurenti po celém světě vyrábějí nové alternativy epoxidové a epoxidové směsi, které hrozí, že BT získá peníze, případně celkové snížení cen, protože trh se v nadcházejících letech stává konkurenceschopnějším.

jako alternativa k tuhým substrátům jsou páskové substráty většinou vyrobeny z polyimidu a jiných typů teplotně odolných a odolných materiálů. Výhodou páskových substrátů je jejich schopnost současně pohybovat a přenášet obvody, což činí páskové substráty preferovanou volbou v diskových jednotkách a dalších zařízeních, která nesou obvody uprostřed rychlého, konstantního pohybu. Další hlavní výhodou páskových substrátů je jejich nízká hmotnost, což znamená, že na aplikovaný povrch nepřidávají ani nejmenší rozměr těžkosti.

substráty pro pomoc kovovým vodičům

IC balíčky musí být také dodávány s kovovými vodiči, které mohou směrovat signály k různým propojovacím prvkům. Proto je nezbytné, aby substráty usnadňovaly tento proces. Substráty směrují vstupní a výstupní signály čipu k dalším funkcím systému v balíčcích. Umístění fólie, typicky mědi, která je vázána na lamináty v substrátu, dosahuje kovové vodivosti. Ponorné vrstvy zlata a niklu se často aplikují jako povrchové úpravy na měď, aby se zabránilo interdifuzi a oxidaci.

jaký je nejběžnější typ IC balíčku?

olověné rámy jsou nejběžnější IC balíčky. Tyto balíčky byste použili pro propojené formy s drátem, se stříbrným nebo pozlaceným povrchem. U plastových obalů pro povrchovou montáž výrobci často používají měděné olověné rámové materiály. Měď je vysoce vodivá a extrémně vyhovující, takže pro tento účel může být prospěšná.

alternativní IC obalové materiály a metody pro montáž

mnoho výrobců se snaží odklonit od skutečných olověných povrchových obalů s olověným rámem, ale jsou v tak častém používání tak dlouho, že je pro některé obtížný přechod. Mezi nejčastější balíčky patří následující:

• Duální inline balíčky: duální inline balíček se skládá ze dvou řad elektrických kolíků podél vodorovných okrajů obdélníkového kusu IC. Dvojitý inline balíček se připojuje k desce s plošnými spoji s průchozím otvorem nebo zásuvkou.
• malé obrysové balíčky: tenký malý obrysový balíček (TSOP) je komponenta IC, která se skládá z pravoúhlého tvaru s malými kolíky podél vodorovných okrajů. TSOPs jsou běžné na ICs, které napájejí paměť RAM a flash.
• Quad ploché balíčky: Quad flat package (QFP) je plochá, čtvercová IC složka s vodiči podél každého ze čtyř okrajů. QFP nelze namontovat přes otvor a zásuvky jsou zřídka dostupné pro balíčky tohoto typu. QFP může mít až 32 kolíků nebo až 304 kolíků, v závislosti na rozsahu rozteče. Varianty QFP zahrnují nízkoprofilové a tenké. Japonští výrobci elektroniky poprvé použili QFPs během 1970, ačkoli typ balíčku by nezískal trakci v Severní Americe a Evropě až do počátku 90. let.
• pole kulové mřížky: BGA je balíček pro povrchovou montáž nesoucí čip, který se běžně vyskytuje v počítačovém vybavení. Na rozdíl od jiných IC balíčků, kde se může připojit pouze obvod, může se celá spodní plocha namontovat na BGA. Díky kratším spojům s kuličkami nabízejí BGA jedny z nejvyšších rychlostí ze všech balíčků IC. BGA jsou běžné na RAM hole a USB karty, včetně RAM a reproduktorových karet. Proces pájení na BGA vyžaduje přesnost.

substrátové obaly, jako jsou obaly na bázi keramiky, budou vyžadovat slitinu, která má podobný koeficient tepelné roztažnosti (CTE) jako keramika, jako je Iconel nebo Slitina 42. V procesu připevňování matrice spojujeme matrici s podkladem speciálními materiály, které můžeme použít při sestavování drátěných spojů lícem nahoru. Je důležité vyhnout se mezerám v připojeném materiálu, protože to může vést k horkým místům. Dobrý materiál pro připevnění je elektricky a tepelně vodivý, takže je ideální pro balíčky substrátů.

místo toho byste použili laminát, pokud potřebujete vyšší výkon nebo máte co do činění s vysokým počtem I/O. Laminátové obaly jsou vynikající levnou alternativou ke keramickým substrátům a mají také nižší dielektrickou konstantu.

Co Je Die-Attach Materiál?

IC balíček slouží dvěma primárním funkcím. Prvním z nich je chránit matrici před poškozením, které mohou způsobit vnější faktory. Druhým je přerozdělení vstupu a výstupu na zvládnutelné jemné hřiště. Navíc balíček poskytuje standardizovanou strukturu, která správně řídí tepelnou dráhu, od naskládané matrice. Celkově je konstrukce vhodnější pro elektrické zkoušky a odolnější vůči chybám.

Die-attach materiály jsou buď kapalné nebo filmové materiály, které výrobci navrhují, aby se zabránilo odplynění, což by mohlo snížit kvalitu drátěné vazby. Tyto materiály také slouží jako pufr na napětí, takže matrice se nerozbije, pokud se CTE zcela neshoduje se substrátem.

existují různé způsoby nanášení zápustkových materiálů, z nichž některé jsou složitější než jiné. Pro většinu použití se die-attach aplikuje na sestavy, kde je drátěné spojení na povrchu povrchu. Ve všech případech, die-připojit materiály jsou tepelně vodivé. Na některých sestavách poskytuje die-attach také elektrickou vodivost. Aby se zabránilo příliš horkým skvrnám spolu s matricí, výrobci se obecně snaží zabránit dutinám v materiálu. Matrice-připevněte materiály, kapalné i filmové, odolávejte odplyňování a chráňte matrice před poškozením.

typy sestav drátových vazeb

sestavy drátových vazeb se dodávají ve třech formátech:

• Thermo-compression bonding
• Thermosonic ball bonding
• pokojová teplota ultrazvukové wedge bonding

typ sestavy drátu, který si vyberete, bude dodáván s různými možnostmi montáže. Lepení drátu obvykle používá zlatý drát, i když místo toho můžete použít měděný drát, pokud máte montážní prostředí bohaté na dusík. Klínové spojení s hliníkovým drátem může být ekonomickou alternativou.

ultrazvukové lepení začíná přívodem drátu otvorem na povrchu sestavy součásti. Proces zahrnuje vazbu matrice a substrátu.

Thermosonic bonding je proces používaný k připojení křemíkových obvodů k počítačům. Tento proces sestavuje komponenty centrálních procesorových jednotek, které integrují obvody osobních počítačů a notebooků.

Termosonické vazby se skládají z tepelné, mechanické a ultrazvukové energie. Stroje, které provádějí tento proces, obsahují převodníky, které přeměňují elektrickou energii na piezoelektrickou energii.

Termokompresní vazba je metoda, která spojuje dva kovy kombinací síly a tepla. Metoda se střídavě nazývá vazbou oplatky, difúzním spojením, svařováním v pevné fázi a spojováním tlakem. Termokompresní lepení chrání elektrické konstrukce a balíčky zařízení před povrchovou montáží. Metoda zahrnuje difúzi hranice povrchu a zrna.

Zapouzdřovače

Zapouzdřovače jsou posledním kusem balení IC a slouží k ochraně vodiče a vodičů před environmentálním a fyzickým poškozením. Mohou být vyrobeny z epoxidových nebo epoxidových směsí, silikonu, polyimidu nebo vulkanizovatelných na bázi rozpouštědel nebo při pokojové teplotě. Ostatní komponenty, které si vyberete, budou záviset na konkrétních potřebách vašich integrovaných obvodů a vašich aplikací.

desky s plošnými spoji mohou být citlivé na elektrostatický prach v průmyslovém a automobilovém prostředí. K ochraně mechanických vlastností PCB nyní výrobci používají zapouzdřovací pryskyřice.

jako ochranná bariéra jsou zalévací a zapouzdřovací prostředky vysoce účinné při prevenci poškození mechanismů PCB prachem a jinými atmosférickými prvky. S dostatečným množstvím pryskyřic mohou zapouzdřovače chránit PCB před namáháním vibrací, nárazů a vnějších prvků. Aby aplikace fungovala efektivně, musí být pryskyřice testovány na jejich vhodnost v různých potenciálních pracovních prostředích. Rovněž by měla být vyhodnocena funkčnost jednotek v těchto nastaveních.

jako alternativa k zalévání a zapouzdření pryskyřice, někteří výrobci používají konformní povlaky, které přiléhají tvar každé desky a nabízejí pevnost a trvanlivost, aniž by to ovlivnilo hmotnost nebo rozměry PCB. Povlaky se obecně testují v normálním atmosférickém prostředí. Každý test klade vliv daného povlaku na elektrické a mechanické schopnosti zkoušené desky plošných spojů.

zapouzdřovací materiály se dodávají ve třech základních odrůdách. Primárním materiálem je epoxid, buď čistý nebo smíšený. Epoxidy se skládají z organických pryskyřic a jsou obecně cenově dostupné, a proto jejich popularita mezi výrobci. Dalším rozšířeným materiálem používaným v zapouzdřovacích čipech IC je silikon, který není na bázi uhlíku, a proto není organickou pryskyřicí. Silikonové pryskyřice jsou obecně na bázi rozpouštědel. Alternativně jsou některé pryskyřice vulkanizovatelné při pokojové teplotě a kontakt s vlhkostí je může vyléčit. Silikony jsou oblíbené díky své flexibilitě v horkém i chladném prostředí.

zalévací a zapouzdřovací pryskyřice přicházejí v několika různých formulacích, stejně jako konformní povlaky. Každá formulace je vyvážená pro určitý rozsah atmosférických podmínek. Prostřednictvím testování mohou výrobci určit, které formulace jsou nejvhodnější pro konkrétní prostředí. V normální situaci bude většina typů pryskyřic a povlaků nabízet dostatečnou ochranu pro PCB. V drsnějších nastaveních bude deska obecně vyžadovat kabát se speciálním materiálem, jako je akrylát. Pokud je PCB určena pro použití v ponořeném prostředí, mezi nejvhodnější možnosti patří extra pevné vrstvy.

pryskyřice vyrobené ze silikonu poskytují optimální výkon PCB v řadě prostředí. U návrhů PCB je silikon obecně výhodnější než polyuretan nebo epoxid. Mezi posledními dvěma je polyuretan spolehlivějším materiálem v různých prostředích. Polyuretanové pryskyřice mohou být účinné v mořském prostředí jako Ochrana při ponoření do slané vody.

pochopení IC balení

Chcete-li udržet na vrcholu trhu, je velmi důležité držet krok s trendy v IC balení. Tímto způsobem můžete zůstat konkurenceschopní a správně investovat na trhu obalových materiálů IC. Různé segmenty trhu ovlivňují cenu, popularitu a dostupnost obalových materiálů. Trendy v regionálním měřítku mohou navíc ovlivnit, zda obalové materiály v určitých koutech světa rostou a klesají.

pro novinky, statistiky a informace o trendech na trhu IC by si zúčastněné strany měly přečíst zprávu o trhu polovodičů a obalových materiálů IC, která rozděluje věci podle kategorií a aplikací, a to vše v rámci odvětví IC. Odborníci v tomto odvětví používají správu návrhových dat ke shromažďování a kontrole informací o konstrukčních řešeních, z nichž každý přináší své poznatky ke stolu jako výrobci, dodavatelé a maloobchodníci a poskytují úplný obraz z celé hodnotové mřížky.

v daném okamžiku mohou náhlé a neočekávané události ovlivnit trh, včetně přírodních katastrof, změny klimatu, politických otřesů, rušivých technologií a kulturních posunů. Jako zúčastněná strana na frontě IC, zůstat na vrcholu IC packaging vyžaduje, abyste rozpoznali trendy týkající se výroby, dodávky, vývozu, dovozu, cen, analýzy integrity a celkové míry růstu obalových materiálů a pravidelně je zkoumali, abyste mohli plánovat, odpovídajícím způsobem rozpočet a chránit své příjmy.

IC Packaging From Millennium Circuits

jak můžete vidět, existuje mnoho prvků IC packaging pro elektronické systémy a jako hráč v elektronickém průmyslu je nezbytné jim porozumět a držet krok s novým vývojem v pokročilých obalech — zejména pokud jde o to, jak ovlivňují vaše komponenty, pokud jde o požadavky na výkon. Některé aspekty balení IC pravděpodobně zůstanou v nadcházejících letech relativně stabilní, zatímco jiné se mohou výrazně změnit a budete chtít zůstat před hrou. Vědět, kde změny pravděpodobně přijdou, vám umožní lépe na ně reagovat.

Máte-li jakékoli dotazy týkající se různých typů IC obalů nebo cokoli, co se týká obvodů nebo desek plošných spojů, kontaktujte odborníky na Millennium Circuits nyní. Jsme nesmírně hrdí na to, že pomáháme našim zákazníkům plně porozumět elektronice, se kterou pracujeme. Rádi vám poskytneme informace o návrhu a ověření, které potřebujete, abyste mohli činit nejlepší rozhodnutí o elektronických součástkách pro vaše podnikání.