Embalaje IC

Saltar A: ¿Qué Es el Embalaje IC? / Qué es el Paquete de CI | Qué es el Embalaje de CI | Tipos de Paquetes de CI | Consideraciones de diseño de CI | Cuál es el Tipo Más Común de Paquete de CI | Materiales y Métodos Alternativos para el Ensamblaje de Paquetes de CI / Qué es el Material de Fijación de Troqueles? / Tipos de ensamblaje de unión de cables | Encapsulantes | Comprender el embalaje de circuitos integrados / Embalaje de circuitos integrados De Millennium Circuits

Para que un semiconductor funcione de manera confiable durante muchos años de uso, es crucial que cada chip permanezca protegido de los elementos y las posibles tensiones. Esto nos lleva a dos preguntas: ¿qué es el embalaje de circuitos integrados (IC) y por qué es esencial para sus aplicaciones electrónicas? Si trabaja en la industria electrónica y no tiene claro cómo puede funcionar para usted el material de embalaje IC, aquí hay un desglose básico de la idea detrás del embalaje IC.

¿Qué es el paquete en IC?

El embalaje de circuitos integrados se refiere al material que contiene un dispositivo semiconductor. El paquete es un estuche que rodea el material del circuito para protegerlo de la corrosión o daños físicos y permitir el montaje de los contactos eléctricos que lo conectan a la placa de circuito impreso (PCB). Hay muchos tipos diferentes de circuitos integrados, y por lo tanto hay diferentes tipos de diseños de sistemas de envasado de circuitos integrados a considerar, ya que los diferentes tipos de diseños de circuitos tendrán diferentes necesidades cuando se trata de su carcasa exterior.

¿Qué Es el Embalaje IC?

IC embalaje es la última etapa en la producción de dispositivos semiconductores. Durante esta etapa, el bloque semiconductor se cubre en un paquete que protege el CI de elementos externos potencialmente dañinos y los efectos corrosivos de la edad. El paquete es esencialmente un encapsulado diseñado para proteger el bloque y también para promover los contactos eléctricos que envían señales a la placa de circuito de un dispositivo electrónico.

La tecnología de envasado de circuitos integrados ha evolucionado desde la década de 1970, cuando los envases de matriz de cuadrícula de bolas (BGA) entraron en uso por primera vez entre los fabricantes de envases electrónicos. En los albores del siglo XXI, las nuevas opciones en tecnologías de paquetes eclipsaron los paquetes de matriz de cuadrícula de pines, a saber, el paquete plano cuádruple de plástico y el paquete de contorno pequeño delgado. Como los noughties progresado, fabricantes como Intel introdujo la era de land grid array paquetes.

Mientras tanto, las matrices de rejilla de bolas de chip giratorio (FCBGAs), que admiten más cuentas de pines que otros tipos de paquetes, reemplazaron a las BGAS. El FCBGA contiene señales de entrada y salida en todo el dado, en lugar de solo los bordes.

Tipos de paquetes IC

Hay varias formas de clasificar los diseños de envases IC en función de la formación. Como tal, hay dos tipos de paquetes de CI: el tipo de marco de plomo y el tipo de sustrato.

¿Cuáles son los Nombres de los paquetes IC?

Más allá de la definición estructural básica de un paquete de circuitos integrados, otras categorías distinguen los tipos secundarios de interconexión. Más información sobre las diferentes categorías de paquetes de CI se puede encontrar a continuación:

• Matriz de cuadrícula de pines: Estos son para socket.
• Paquetes de marco de plomo y doble línea: Estos paquetes son para conjuntos en los que los pines pasan por orificios.Paquete de escala de chip
• : Un paquete de escala de chip es un paquete de un solo troquel, con montaje directo en superficie, con un área que es más pequeña que 1,2 veces el área del troquel.
• Paquete plano cuádruple: Un paquete de marco de plomo de la variedad sin plomo.
• Sin cable plano cuádruple: Un paquete pequeño, del tamaño de un chip, utilizado para el montaje en superficie.Paquete Multichip
• : Los paquetes Multichip, o módulos multichip, integran múltiples circuitos integrados, componentes discretos y matrices semiconductoras en un sustrato, por lo que el paquete multichip se asemeja a un CI más grande.Paquete de matriz de área
• : Estos paquetes ofrecen el máximo rendimiento a la vez que conservan el espacio al permitir que cualquier porción de la superficie del chip se use para la interconexión.

Es importante tener en cuenta que muchas empresas utilizan paquetes de matriz de área. El ejemplo más destacado en este sentido es el paquete BGA, que viene en varios formatos, incluidos los paquetes a escala de chip pequeño, a veces denominados paquetes QFN, y los paquetes más grandes. La construcción de BGA implica un sustrato orgánico, y su mejor aplicación es en estructuras multichip. Los módulos y paquetes Multichip son las principales alternativas a las soluciones que utilizan un formato de sistema en chip. Otras opciones incluyen los paquetes de interconexión de dos pasos y de doble superficie.

Además, una categoría para el ensamblaje de circuitos integrados de obleas, conocida como embalaje a nivel de obleas (WLP), se ha popularizado en el lenguaje de la industria. En los paquetes a nivel de oblea, la construcción se produce en la cara de la oblea, creando un paquete del tamaño de un chip flip. Otro paquete a nivel de obleas es el empaquetado a nivel de obleas (FOWLP), que es una versión más avanzada de las soluciones WLP convencionales. A diferencia de un WLP en el que la oblea se corta en cubitos después de que se unen las capas externas del embalaje, el corte en cubitos de obleas FOWLP se produce primero.

Consideraciones de diseño de CI

Elegir el paquete de CI adecuado para sus aplicaciones comienza con conocer la información técnica sobre la amplia gama de consideraciones de diseño que se incluyen en la producción de paquetes de CI. Por ejemplo, querrá conocer las composiciones de materiales y los sustratos adecuados para su paquete de circuitos integrados. También es importante conocer la diferencia entre los sustratos rígidos y los del paquete de cinta adhesiva. Muchas empresas también consideran el uso de laminados como alternativas para marcos de plomo y sustratos seleccionados que funcionan bien con conductores metálicos.

Obtenga más información sobre algunas de las principales consideraciones de diseño a continuación.

Composición del material

El rendimiento de un paquete de CI depende en gran medida de su composición química, eléctrica y material. A pesar de sus diferencias funcionales, los paquetes de marco con plomo y laminado dependen en gran medida de la composición del material. Los paquetes de marco de plomo, el formato predominante, utilizan acabados de enlace de alambre plateado u dorado, unidos con un método de chapado por puntos. Esto hace que el proceso sea más sencillo y asequible.

En los paquetes de cerámica, la aleación 42 es un tipo de metal ampliamente utilizado porque funciona con el material subyacente. En los envases de plástico, el marco de cobre y plomo es preferible porque protege la junta de soldadura y ofrece conductividad. Debido a las políticas en ciertos territorios, el material también es uno de los factores críticos en los paquetes de plástico de montaje en superficie.

Debido a las revisiones en las normas europeas, el acabado de plomo ha sido una cuestión de intenso escrutinio en el ensamblaje de envases de siguiente nivel. El objetivo ha sido encontrar reemplazos viables para las soldaduras de estaño y plomo, que se aplican fácilmente y han sido un elemento básico durante mucho tiempo en toda la industria. Sin embargo, los fabricantes aún no se han unificado en torno a una solución única, debido en parte a la competencia generalizada entre los proveedores. Es poco probable que el problema del plomo se resuelva por sí solo durante algún tiempo.

Alternativa a los marcos de plomo

A partir de finales de la década de 1970, los laminados surgieron como una alternativa a los marcos de plomo en ensamblajes de chip a placa. Hoy en día, los laminados están muy extendidos en la industria de soluciones de envasado de CI, debido a su relativa rentabilidad en comparación con los sustratos cerámicos. Los laminados más populares son los tipos orgánicos de alta temperatura, que proporcionan características eléctricas superiores y también son más asequibles.

Sustratos aplicables

En medio del aumento de la popularidad de los paquetes de semiconductores, también ha habido una mayor demanda de sustratos e interponedores aplicables. Un sustrato es la parte de un paquete de CI que le da a la placa su resistencia mecánica y le permite conectarse con dispositivos externos. La interposición permite conectivo de enrutamiento en el paquete. En algunos casos, las palabras “sustrato” y “mediadora” son intercambiables.

Diferencia entre Sustratos rígidos y de Paquete de cinta

Los sustratos de paquete vienen en variedades rígidas y de cinta. Los sustratos rígidos son firmes y definidos en su forma, mientras que los sustratos de cinta son delgados y flexibles. En los primeros días de la fabricación de CI, los sustratos consistían en material cerámico. Hoy en día, la mayoría de los sustratos están hechos de material orgánico.

Si un sustrato consiste en múltiples capas delgadas apiladas para formar un sustrato rígido, se conoce como sustrato laminado. Dos de los sustratos laminados más comunes en la fabricación de CI son FR4 y bismaleimida-triazina (BT). El primero consiste en epoxi, mientras que el segundo es un material de resina de alta calidad.

Debido en parte a sus cualidades de aislamiento y baja constante dieléctrica, la resina BT ha surgido en la industria de los circuitos integrados como uno de los materiales laminados preferidos. En BGAs, BT es el más utilizado de todos los sustratos. La BT también se ha convertido en la resina preferida para los laminados de paquetes de escala de virutas (CSP). Mientras tanto, los competidores de todo el mundo están fabricando nuevas alternativas de epoxi y mezcla de epoxi, que amenazan con darle a BT una oportunidad para su dinero, posiblemente reduciendo los precios en general a medida que el mercado se vuelva más competitivo en los próximos años.

Como alternativa a los sustratos rígidos, los sustratos de cinta están hechos principalmente de poliimida y otros tipos de materiales resistentes a la temperatura. La ventaja de los sustratos de cinta es su capacidad para mover y transportar circuitos simultáneamente, lo que hace que los sustratos de cinta sean la opción preferida en unidades de disco y otros dispositivos que transportan circuitos en medio de un movimiento rápido y constante. La otra ventaja principal de los sustratos de cinta es su bajo peso, lo que significa que no agregan ni la más mínima dimensión de pesadez a una superficie aplicada.

Substratos para ayudar a Conductores metálicos

Los paquetes de circuitos integrados también deben venir con conductores metálicos que puedan enrutar señales a varias características de interconexión. Por lo tanto, es esencial que los sustratos ayuden a facilitar este proceso. Los sustratos enrutan las señales de entrada y salida de un chip a otras características de un sistema en paquetes. La colocación de láminas, típicamente de cobre, que se unen a los laminados en el sustrato logra la conductividad del metal. Las capas de inmersión de oro y níquel a menudo se aplican como acabados sobre el cobre para evitar la interdifusión y la oxidación.

¿Cuál es el Tipo de Paquete de CI Más Común?

Los marcos de plomo son los paquetes IC más comunes. Utilizaría estos paquetes para troqueles interconectados con enlace de alambre, con un acabado plateado o dorado. Para los envases de plástico de montaje en superficie, los fabricantes a menudo utilizan materiales de cobre con marco de plomo. El cobre es altamente conductor y extremadamente compatible, por lo que puede ser beneficioso para este propósito.

Materiales y métodos alternativos del paquete de CI para el ensamblaje

Muchos fabricantes están tratando de alejarse de los paquetes de CI de marco de plomo con acabado de plomo real, pero han estado en uso tan frecuente durante tanto tiempo que es una transición difícil para algunos. Los paquetes más comunes incluyen los siguientes:

• Paquetes en línea dobles: Un paquete en línea doble consta de dos filas de pines eléctricos a lo largo de los bordes horizontales de una pieza IC rectangular. Un paquete en línea dual se monta en una placa de circuito con un orificio pasante o un enchufe.
• Paquetes de contorno pequeño: Un paquete de contorno pequeño delgado (TSOP) es un componente IC que consiste en una forma rectangular con pequeños pasadores a lo largo de los bordes horizontales. Los TSOPs son comunes en los circuitos integrados que alimentan la RAM y la memoria flash.
• Paquetes planos cuádruples: Un paquete plano cuádruple (QFP) es un componente IC plano y cuadrado con cables a lo largo de cada uno de los cuatro bordes. Los QFPs no pueden montarse en orificios pasantes, y los enchufes rara vez están disponibles para paquetes de este tipo. Los QFPs pueden tener tan solo 32 pines o hasta 304 pines, dependiendo del rango de tono. Las variantes del QFP incluyen perfil bajo y delgado. Los fabricantes japoneses de electrónica utilizaron por primera vez QFPs durante la década de 1970, aunque el tipo de paquete no ganaría tracción en América del Norte y Europa hasta principios de los 90.
• : Un BGA es un paquete de montaje en superficie para llevar chips que se ve comúnmente en equipos informáticos. A diferencia de otros paquetes IC, donde solo el perímetro puede conectarse, toda la superficie inferior puede montarse en un BGA. Debido a las conexiones de bola más cortas, los BGA ofrecen algunas de las velocidades más altas de todos los paquetes de circuitos integrados. Los BGA son comunes en las memorias RAM y las tarjetas USB, incluidas las tarjetas RAM y de altavoz. El proceso de soldadura en un BGA requiere precisión.

Los paquetes de sustrato, como los paquetes a base de cerámica, requerirán una aleación que sea similar en coeficiente de expansión térmica (CTE) a la cerámica, como Iconel o Aleación 42. En el proceso de unión del troquel, unimos el troquel al sustrato con materiales especiales de unión del troquel, que podemos usar en el ensamblaje de unión de alambre boca arriba. Es crucial evitar huecos en el material adjunto, ya que pueden provocar puntos calientes. Un buen material de fijación de troqueles es conductor eléctrico y térmico, lo que lo hace ideal para paquetes de sustrato.

En su lugar, usaría laminado si necesita un mayor rendimiento o si está lidiando con altos recuentos de E/S. Los envases laminados son una excelente alternativa de bajo costo a los sustratos cerámicos y también tienen una constante dieléctrica más baja.

¿Qué Es El Material De Fijación De Troqueles?

El paquete IC cumple dos funciones principales. La primera es proteger la matriz de los daños que puedan causar factores externos. La segunda es redistribuir la entrada y la salida a un tono fino manejable. Además, el paquete proporciona una estructura estandarizada que dirige la vía térmica correctamente, lejos de la matriz apilada. En general, la estructura es más adecuada para pruebas eléctricas y más resistente a errores.

Los materiales de unión a troquel son materiales líquidos o filmados que los fabricantes diseñan para evitar la desgasificación, lo que podría degradar la calidad de la unión del alambre. Estos materiales también sirven como amortiguadores de tensión, por lo que la matriz no se fractura si el CTE no coincide del todo con el sustrato.

Hay diferentes métodos de aplicación de materiales de unión a troquel, algunos de los cuales son más complicados que otros. Para la mayoría de los usos, die-adjuntar se aplica en asambleas donde el cable de bonos es en la cara de la superficie. En todos los casos, los materiales de fijación de troqueles son térmicamente conductores. En ciertos conjuntos, la fijación de troqueles también proporciona conductividad eléctrica. Para evitar que las manchas se vuelvan demasiado calientes junto con la matriz, los fabricantes generalmente buscan evitar vacíos en el material. Los materiales de fijación de troqueles, tanto líquidos como de película, resisten la desgasificación y protegen los troqueles de daños.

Tipos de ensamblaje de unión de alambre

Los conjuntos de unión de alambre vienen en tres formatos:

• Unión termocompresión
• Unión termosónica de bolas
• Unión por cuña ultrasónica a temperatura ambiente

El tipo de ensamblaje de unión de cables que elija vendrá con diferentes capacidades de ensamblaje. La unión de cables generalmente utiliza alambre de oro, aunque puede usar alambre de cobre en su lugar si tiene un entorno de ensamblaje rico en nitrógeno. La unión en cuña con alambre de aluminio puede ser una alternativa económica.

La unión ultrasónica comienza con una alimentación de alambre a través de un orificio en la superficie de un conjunto de componentes. El proceso incluye una unión de matriz y sustrato.

La unión termosónica es un proceso utilizado para conectar circuitos integrados de silicio a ordenadores. El proceso ensambla los componentes de las unidades centrales de procesamiento, que integran los circuitos de los ordenadores personales y portátiles.

Los enlaces termosónicos se componen de energías térmicas, mecánicas y ultrasónicas. Las máquinas que conducen este proceso contienen transductores, que transforman la energía eléctrica en piezoelectricidad.

La unión por termocompresión es un método que une dos metales a través de una mezcla de fuerza y calor. El método se denomina alternativamente unión de obleas, unión por difusión, soldadura de estado sólido y unión por presión. La unión por termocompresión protege las estructuras eléctricas y los paquetes de dispositivos antes del montaje en superficie. El método incluye la difusión de la superficie y el límite de grano.

Encapsulantes

Los encapsulantes son la última pieza del paquete de circuitos integrados y sirven para proteger el conductor y los cables de daños ambientales y físicos. Pueden estar hechos de epoxi o mezclas de epoxi, silicona, poliimida o vulcanizables a base de solventes o a temperatura ambiente. El resto de los componentes que elija dependerá de las necesidades específicas de sus circuitos integrados y sus aplicaciones.

Las placas de circuito impreso pueden ser vulnerables al polvo electrostático en entornos industriales y automotrices. Para proteger las propiedades mecánicas de los PCB, los fabricantes ahora utilizan resinas de encapsulación.

Como barrera protectora, los encapsulantes y encapsulantes son muy eficaces para evitar que el polvo y otros elementos atmosféricos dañen los mecanismos de los PCB. Con resinas suficientes, los encapsulantes pueden proteger los PCB de las tensiones de vibraciones, golpes y elementos externos. Para que la aplicación funcione de manera efectiva, las resinas deben someterse a pruebas para comprobar su idoneidad en diversos entornos de trabajo potenciales. La funcionalidad de las unidades en estos ajustes también debe evaluarse.

Como alternativa a las resinas de encapsulado y encapsulado, algunos fabricantes utilizan recubrimientos conformados, que ajustan la forma de cada placa y ofrecen resistencia y durabilidad, sin afectar el peso o las dimensiones de una PCB. Los recubrimientos generalmente se prueban en entornos atmosféricos normales. Cada prueba examina el efecto de un revestimiento determinado en las capacidades eléctricas y mecánicas de una PCB.

Los materiales encapsulantes vienen en tres variedades básicas. El material primario es epoxi, ya sea puro o mezclado. Los epóxidos consisten en resinas orgánicas y son generalmente asequibles, de ahí su popularidad entre los fabricantes. Otro material ampliamente utilizado en los chips de CI encapsulantes es la silicona, que no está basada en carbono y, por lo tanto, no es una resina orgánica. Las resinas de silicona son generalmente a base de solventes. Alternativamente, algunas resinas son vulcanizables a temperatura ambiente, y el contacto con la humedad puede curarlas. Las siliconas son populares debido a su flexibilidad en entornos calientes y fríos.

Las resinas de encapsulado y encapsulado vienen en varias formulaciones diferentes, al igual que los recubrimientos conformales. Cada formulación está equilibrada para un rango específico de condiciones atmosféricas. A través de pruebas, los fabricantes pueden determinar qué formulaciones son las más adecuadas para entornos particulares. En una situación normal, la mayoría de los tipos de resinas y recubrimientos ofrecerán suficiente protección para una PCB. En entornos más duros, una tabla generalmente requerirá una capa con material especial, como acrílico. Si la PCB está diseñada para usarse en un entorno sumergido, las capas extra resistentes se encuentran entre las opciones más adecuadas.

Las resinas hechas de silicona proporcionan un rendimiento óptimo de PCB en una amplia gama de entornos. Para los diseños de PCB, la silicona es generalmente preferible al poliuretano o al epoxi. Entre estos dos últimos, el poliuretano es el material más fiable en varios entornos. Las resinas de poliuretano pueden ser eficaces en entornos marinos como protección en inmersión en agua salada.

Comprender el embalaje IC

Para mantenerse a la vanguardia del mercado, es crucial mantenerse al tanto de las tendencias en el embalaje IC. De esta manera, puede mantenerse competitivo y realizar las inversiones adecuadas en el mercado de materiales de embalaje de CI. Varios segmentos de mercado afectan el precio, la popularidad y la disponibilidad de los materiales de embalaje. Además, las tendencias a escala regional pueden afectar si los materiales de embalaje aumentan o disminuyen en el uso en ciertos rincones del mundo.

Para obtener noticias, estadísticas e información sobre las tendencias en el mercado de los circuitos integrados, las partes interesadas deben leer el informe del mercado de Materiales de embalaje de Semiconductores y circuitos integrados, que desglosa las cosas según categorías y aplicaciones, todo en el marco de la industria de los circuitos integrados. Los expertos de la industria utilizan la gestión de datos de diseño para recopilar y revisar información sobre soluciones de diseño, cada uno de los cuales aporta sus conocimientos como fabricantes, proveedores y minoristas y proporciona una imagen completa de toda la cuadrícula de valor.

En un momento dado, los eventos repentinos e inesperados pueden afectar al mercado, incluidos los desastres naturales, el cambio climático, los trastornos políticos, la tecnología disruptiva y los cambios culturales. Como parte interesada en el frente de IC, mantenerse al tanto de los envases de IC requiere que reconozca las tendencias con respecto a la producción, el suministro, la exportación, la importación, los precios, el análisis de integridad y la tasa de crecimiento general de los materiales de embalaje, y que los examine regularmente para que pueda planificar, presupuestar en consecuencia y proteger sus ingresos.

Embalaje de circuitos integrados De Millennium Circuits

Como puede ver, hay muchos elementos en el embalaje de circuitos integrados para sistemas electrónicos, y como actor en la industria electrónica, es esencial entenderlos y mantenerse al tanto de los nuevos desarrollos en embalaje avanzado, especialmente en lo que respecta a cómo afectan a sus componentes en relación con los requisitos de rendimiento. Algunos aspectos de los envases de circuitos integrados probablemente se mantendrán relativamente estables en los próximos años, mientras que otros pueden cambiar significativamente, y querrá mantenerse a la vanguardia del juego. Saber dónde es probable que ocurran los cambios le permite reaccionar mejor a ellos.

Si tiene alguna pregunta sobre los diversos tipos de envases de circuitos integrados o cualquier cosa relacionada con circuitos o placas de circuitos impresos, póngase en contacto con los expertos de Millennium Circuits ahora. Nos enorgullece enormemente ayudar a nuestros clientes a tener una comprensión completa de la electrónica con la que trabajamos. Nos complace proporcionarle la información de diseño y verificación que necesita para que pueda tomar las mejores decisiones sobre los componentes electrónicos para su negocio.