Imballaggio IC

Vai a: Cos’è l’imballaggio IC? | Che cosa è il pacchetto di IC | Che cosa è imballaggio di IC | tipi del pacchetto di IC / Considerazioni di progettazione di IC / Che cosa è il tipo più comune di pacchetto di IC / Materiali e metodi alternativi del pacchetto di IC per l’assemblea | Che cosa è materiale dell’Dado-attaccatura? / Tipi di assemblaggio a filo / Incapsulanti / Comprensione dell’imballaggio IC / Imballaggio IC di Millennium Circuits

Affinché un semiconduttore funzioni in modo affidabile per molti anni di utilizzo, è fondamentale che ogni chip rimanga protetto dagli elementi e dalle possibili sollecitazioni. Questo ci porta a due domande: cos’è l’imballaggio a circuito integrato (IC) e perché è essenziale per le tue applicazioni elettroniche? Se lavori nel settore dell’elettronica e non sei chiaro su come il materiale di imballaggio IC possa funzionare per te, ecco una ripartizione di base dell’idea alla base dell’imballaggio IC.

Qual è il pacchetto in IC?

L’imballaggio IC si riferisce al materiale che contiene un dispositivo a semiconduttore. Il pacchetto è una custodia che circonda il materiale del circuito per proteggerlo da corrosione o danni fisici e consentire il montaggio dei contatti elettrici che lo collegano al circuito stampato (PCB). Ci sono molti diversi tipi di circuiti integrati, e quindi ci sono diversi tipi di sistemi di imballaggio IC disegni da considerare, come diversi tipi di disegni di circuiti avranno esigenze diverse quando si tratta di loro guscio esterno.

Che cos’è l’imballaggio IC?

L’imballaggio IC è l’ultima fase nella produzione di dispositivi a semiconduttore. Durante questa fase, il blocco semiconduttore viene coperto in un pacchetto che protegge l’IC da elementi esterni potenzialmente dannosi e dagli effetti corrosivi dell’età. Il pacchetto è essenzialmente un involucro progettato per proteggere il blocco e anche per promuovere i contatti elettrici che forniscono segnali al circuito di un dispositivo elettronico.

La tecnologia di imballaggio IC si è evoluta dal 1970 quando i pacchetti ball grid array (BGA) sono entrati in uso per la prima volta tra i produttori di imballaggi elettronici. All’alba del 21 ° secolo, le nuove opzioni nelle tecnologie dei pacchetti eclissavano i pacchetti pin grid array, ovvero il pacchetto di plastica quad flat e il pacchetto sottile small outline. Con il progredire degli anni zero, produttori come Intel hanno inaugurato l’era dei pacchetti di array di griglia terrestre.

Nel frattempo, gli array flip-chip ball grid (FCBGA), che ospitano più conteggi di pin rispetto ad altri tipi di pacchetti, hanno sostituito i BGA. Il FCBGA contiene segnali di ingresso e di uscita su tutto il dado, al contrario di solo i bordi.

Tipi di pacchetti IC

Esistono vari modi per classificare i progetti di imballaggi IC in base alla formazione. Come tale, ci sono due tipi di pacchetti IC: il tipo lead-frame e il tipo di substrato.

Quali sono i nomi dei pacchetti IC?

Oltre alla definizione strutturale di base di un pacchetto IC, altre categorie distinguono i tipi secondari di interconnessione. Ulteriori informazioni sulle diverse categorie di pacchetti IC sono disponibili di seguito:

• Pin-grid array: questi sono per socketing.
• Pacchetti lead-frame e dual-inline: questi pacchetti sono per assemblaggi in cui i perni passano attraverso i fori.
• Pacchetto della scala del chip: Un pacchetto della scala del chip è un singolo-muore, pacchetto montabile superficie diretto, con un’area che è più piccola di 1,2 volte l’area dello stampo.
• Quad flat pack: un pacchetto lead-frame della varietà senza piombo.
• Quad flat no-lead: un piccolo pacchetto, delle dimensioni di un chip, utilizzato per il montaggio superficiale.
• Pacchetto multichip: I pacchetti multichip, o moduli multichip, integrano più circuiti integrati, componenti discreti e matrici a semiconduttore su un substrato, rendendo così il pacchetto multichip simile a un IC più grande.
• Area array package: Questi pacchetti offrono le massime prestazioni pur conservando lo spazio consentendo di utilizzare qualsiasi porzione della superficie del chip per l’interconnessione.

È importante notare che molte aziende utilizzano pacchetti di array di aree. L’esempio più importante a questo proposito è il pacchetto BGA, che viene fornito in vari formati, inclusi i pacchetti tiny chip scale — a volte indicati come pacchetti QFN — e pacchetti più grandi. La costruzione BGA comporta un substrato organico e la sua migliore applicazione è nelle strutture multichip. I moduli e i pacchetti multichip sono le principali alternative alle soluzioni che utilizzano un formato system-on-chip. Altre opzioni includono i pacchetti di interconnessione a due gradini e a doppia superficie.

Inoltre, una categoria per l’assemblaggio di CI wafer, nota come wafer-Level packaging (WLP), ha preso piede nel linguaggio industriale. Nei pacchetti a livello di wafer, la costruzione avviene sulla faccia del wafer, creando un pacchetto delle dimensioni di un flip chip. Un altro pacchetto a livello di wafer è il fan-out wafer-level packaging (FOWLP), che è una versione più avanzata delle soluzioni WLP convenzionali. A differenza di un WLP in cui il wafer viene tagliato a dadini dopo che gli strati esterni dell’imballaggio sono attaccati, il taglio del wafer FOWLP avviene per primo.

Considerazioni sulla progettazione IC

La scelta del pacchetto IC giusto per le applicazioni inizia con la conoscenza delle informazioni tecniche sull’ampia gamma di considerazioni sulla progettazione che vanno nella produzione di pacchetti IC. Ad esempio, ti consigliamo di conoscere le giuste composizioni di materiali e substrati per il tuo pacchetto IC. È anche importante conoscere la differenza tra substrati rigidi e nastri. Molte aziende considerano anche l’utilizzo di laminati come alternative ai telai di piombo e selezionano substrati che funzionano bene con conduttori metallici.

Ulteriori informazioni su alcune delle principali considerazioni di progettazione di seguito.

Composizione del materiale

Le prestazioni di un pacchetto IC dipendono in gran parte dalla sua composizione chimica, elettrica e materiale. Nonostante le loro differenze funzionali, i pacchetti lead-frame e laminato si basano entrambi molto sulla composizione del materiale. Pacchetti piombo-frame, il formato prevalente, utilizzare argento o oro filo-bond finiture, attaccato con un metodo di spot-placcatura. Ciò rende il processo più semplice e più conveniente.

Sulle confezioni ceramiche, la lega 42 è un tipo di metallo ampiamente utilizzato perché funziona con il materiale sottostante. Sui pacchetti di plastica, il telaio in piombo di rame è preferibile perché salvaguarda il giunto di saldatura e offre conduttività. A causa delle politiche in alcuni territori, il materiale è anche uno dei fattori critici sui pacchetti di plastica a montaggio superficiale.

A causa delle revisioni negli standard europei, la finitura del piombo è stata oggetto di un intenso controllo sull’assemblaggio dell’imballaggio di livello successivo. L’obiettivo è stato quello di trovare sostituzioni valide per saldature stagno-piombo, che sono facilmente applicabili e sono stati un fiocco di lunga data in tutto il settore. Tuttavia, i produttori devono ancora unificarsi attorno a un’unica soluzione, in parte a causa della diffusa concorrenza tra i fornitori. È improbabile che il problema principale si risolva da solo per un po ‘ di tempo a venire.

Alternativa ai telai di piombo

A partire dalla fine degli anni 1970, i laminati sono emersi come alternativa ai telai di piombo negli assemblaggi chip-to-board. Oggi, i laminati sono diffusi in tutto il settore delle soluzioni di imballaggio IC, grazie alla loro relativa economicità rispetto ai substrati ceramici. I laminati più popolari sono i tipi organici e ad alta temperatura, che forniscono caratteristiche elettriche superiori e sono anche più convenienti.

Substrati applicabili

Tra l’aumento della popolarità dei pacchetti di semiconduttori, c’è stata anche una maggiore domanda di substrati e interposer applicabili. Un substrato è la parte di un pacchetto IC che conferisce alla scheda la sua resistenza meccanica e consente di connettersi con dispositivi esterni. L’interposer consente il routing connettivo nel pacchetto. In alcuni casi, le parole “substrato” e “interposer” sono intercambiabili.

Differenza tra substrati rigidi e a nastro

I substrati a nastro sono disponibili in varietà rigide e a nastro. I substrati rigidi sono fermi e definiti nella loro forma, mentre i substrati del nastro sono esili e flessibili. Nei primi giorni della produzione di IC, i substrati consistevano in materiale ceramico. Oggi, la maggior parte dei substrati sono fatti di materiale organico.

Se un substrato è costituito da più strati sottili impilati per formare un substrato rigido, è noto come substrato laminato. Due dei substrati laminati più comuni nella produzione di IC sono FR4 e bismaleimide-triazina (BT). Il primo è costituito da resina epossidica, mentre il secondo è un materiale di resina di alta qualità.

Grazie in parte alle sue qualità di isolamento e alla bassa costante dielettrica, la resina BT è emersa nell’industria dei circuiti integrati come uno dei materiali laminati preferiti. Su BGA, BT è il più comunemente usato di tutti i substrati. BT è anche diventata la resina preferita per i laminati CSP (Chip Scale Package). Nel frattempo, i concorrenti di tutto il mondo stanno producendo nuove alternative epossidiche e epossidiche, che minacciano di dare a BT una corsa per i suoi soldi, possibilmente riducendo i prezzi nel complesso man mano che il mercato diventa più competitivo negli anni a venire.

In alternativa ai substrati rigidi, i substrati a nastro sono per lo più realizzati in poliimmide e altri tipi di materiali resistenti alla temperatura e durevoli. Il vantaggio dei substrati a nastro è la loro capacità di spostare e trasportare simultaneamente i circuiti, il che rende i substrati a nastro la scelta preferita nelle unità disco e in altri dispositivi che trasportano circuiti in un movimento veloce e costante. L’altro vantaggio principale dei substrati a nastro è il loro peso ridotto, il che significa che non aggiungono nemmeno la minima dimensione di pesantezza a una superficie applicata.

Substrati per assistere conduttori metallici

I pacchetti IC devono anche essere dotati di conduttori metallici in grado di instradare i segnali a varie funzioni di interconnessione. Pertanto, è essenziale che i substrati contribuiscano a facilitare questo processo. Substrati instradare i segnali di ingresso e di uscita di un chip ad altre caratteristiche su un sistema in pacchetti. Il posizionamento della lamina, tipicamente rame, che è legato ai laminati nel substrato raggiunge la conduttività del metallo. Strati di immersione di oro e nichel spesso vengono applicati come finiture sul rame per prevenire l’interdiffusione e l’ossidazione.

Qual è il tipo più comune di pacchetto IC?

I lead frame sono i pacchetti IC più comuni. Si dovrebbe usare questi pacchetti per filo-bond interconnessi muore, con un argento o finitura placcata in oro. Per i pacchetti di plastica a montaggio superficiale, i produttori utilizzano spesso materiali in piombo di rame. Il rame è altamente conduttivo ed estremamente conforme, quindi può essere utile per questo scopo.

Materiali e metodi alternativi per l’assemblaggio del pacchetto IC

Molti produttori stanno cercando di allontanarsi dai pacchetti IC con finitura a piombo, ma sono stati utilizzati così frequentemente per così tanto tempo che è una transizione difficile per alcuni. I pacchetti più comuni includono quanto segue:

• Pacchetti Dual inline: un pacchetto dual inline è costituito da due file di pin elettrici lungo i bordi orizzontali di un pezzo IC rettangolare. Un doppio pacchetto in linea monta a un circuito con un foro passante o una presa.
• Small outline packages: Un thin small Outline package (TSOP) è un componente IC costituito da una forma rettangolare con piccoli perni lungo i bordi orizzontali. TSOPs sono comuni su circuiti integrati che alimentano RAM e memoria flash.
• Confezioni quadrate: Un quad flat package (QFP) è un componente IC piatto e quadrato con conduttori lungo ciascuno dei quattro bordi. I QFP non possono essere montati a foro passante e le prese sono raramente disponibili per pacchetti di questo tipo. I QFP possono avere fino a 32 pin o fino a 304 pin, a seconda della gamma di pitch. Le varianti del QFP includono basso profilo e sottile. I produttori di elettronica giapponesi hanno usato per la prima volta i QFP durante gli 1970, anche se il tipo di pacchetto non avrebbe guadagnato trazione in Nord America e in Europa fino ai primi anni ‘ 90.
• Array a griglia a sfere: Un BGA è un pacchetto di montaggio superficiale che trasporta chip comunemente visto in apparecchiature informatiche. A differenza di altri pacchetti IC, dove solo il perimetro può connettersi, l’intera superficie inferiore può essere montata su un BGA. Grazie alle connessioni a sfera più corte, i BGA offrono alcune delle velocità più elevate di tutti i pacchetti IC. I BGA sono comuni su chiavette RAM e schede USB, incluse schede RAM e altoparlanti. Il processo di saldatura su un BGA richiede precisione.

I pacchetti di substrato, come i pacchetti a base di ceramica, richiedono una lega che è simile nel coefficiente di espansione termica (CTE) alla ceramica, come Iconel o Alloy 42. Nel processo del collegamento della matrice, leghiamo la matrice al substrato con i materiali speciali dell’dado-attacco, che possiamo usare nell’assemblea faccia-in su del cavo-legame. È fondamentale evitare lacune nel materiale allegato, in quanto questi possono portare a punti caldi. Buon materiale die-attach è elettricamente e termicamente conduttivo, che lo rende ideale per i pacchetti di substrato.

Si utilizzerebbe invece il laminato se si hanno bisogno di prestazioni più elevate o si hanno a che fare con conteggi I/O elevati. I pacchetti laminati sono un’ottima alternativa a basso costo ai substrati ceramici e hanno anche una costante dielettrica inferiore.

Che cos’è il materiale Die-Attach?

Il pacchetto IC serve due funzioni primarie. Il primo è quello di salvaguardare il dado da danni fattori esterni potrebbero causare. Il secondo è ridistribuire l’input e l’output a un passo fine gestibile. Inoltre, il pacchetto fornisce una struttura standardizzata che dirige correttamente il percorso termico, lontano dallo stampo impilato. Nel complesso, la struttura è più adatta per i test elettrici e più resistente agli errori.

I materiali die-attach sono materiali liquidi o film che i produttori progettano per evitare il degassamento, che potrebbe degradare la qualità del legame del filo. Questi materiali servono anche come buffer di stress, quindi lo stampo non si frattura se il CTE non corrisponde perfettamente al substrato.

Esistono diversi metodi per applicare materiali die-attach, alcuni dei quali sono più complicati di altri. Per la maggior parte degli usi, die-attach viene applicato su gruppi in cui il legame filo è sulla faccia della superficie. In tutti i casi, i materiali die-attach sono termicamente conduttivi. Su determinati assiemi, die-attach fornisce anche conduttività elettrica. Per evitare che le macchie diventino troppo calde insieme allo stampo, i produttori cercano generalmente di prevenire i vuoti nel materiale. Die-allegare materiali, sia liquido e film, resistere degassamento e proteggere muore da eventuali danni.

Filo di Legame Tipi di Montaggio

Filo di legame assemblee sono disponibili in tre formati:

• Termo-compressione incollaggio
• Thermosonic palla incollaggio
• temperatura ambiente ultrasuoni cuneo incollaggio

L’incollaggio del filo di montaggio tipo si sceglie di venire con differenti capacità di montaggio. Il legame del cavo usa tipicamente il cavo dell’oro, anche se potete usare il filo di rame invece se avete un ambiente ricco di azoto dell’assemblea. L’incollaggio a cuneo con filo di alluminio può essere un’alternativa economica.

Il legame ultrasonico inizia con un’alimentazione del filo attraverso un foro nella superficie di un gruppo di componenti. Il processo include un legame stampo e substrato.

Il legame termosonico è un processo utilizzato per collegare circuiti integrati in silicio ai computer. Il processo assembla i componenti delle unità di elaborazione centrali, che integrano i circuiti di personal computer e laptop.

I legami termosonici sono composti da energie termiche, meccaniche e ultrasoniche. Le macchine che conducono questo processo contengono trasduttori, che trasformano l’energia elettrica in piezoelettricità.

Il legame di termocompressione è un metodo che unisce due metalli attraverso un mix di forza e calore. Il metodo è alternativamente chiamato wafer bonding, diffusion bonding, solid-state welding e pressure joining. L’incollaggio a termocompressione protegge le strutture elettriche e i pacchetti di dispositivi prima del montaggio superficiale. Il metodo include la diffusione della superficie e del bordo del grano.

Incapsulanti

Gli incapsulanti sono l’ultimo pezzo del pacchetto IC e servono a proteggere il conduttore e i fili da danni ambientali e fisici. Possono essere realizzati con miscele epossidiche o epossidiche, silicone, poliimmide o vulcanizzabili a base solvente o a temperatura ambiente. Il resto dei componenti scelti dipenderà dalle esigenze specifiche dei circuiti integrati e delle applicazioni.

I circuiti stampati possono essere vulnerabili alle polveri elettrostatiche in ambienti industriali e automobilistici. Per proteggere le proprietà meccaniche dei PCB, i produttori ora utilizzano resine di incapsulamento.

Come barriera protettiva, l’impregnazione e gli incapsulanti sono altamente efficaci nel prevenire che la polvere e altri elementi atmosferici danneggino i meccanismi dei PCB. Con resine sufficienti, gli incapsulanti possono proteggere i PCB dalle sollecitazioni di vibrazioni, urti e elementi esterni. Affinché l’applicazione funzioni in modo efficace, le resine devono essere testate per la loro idoneità in vari ambienti di lavoro potenziali. Anche la funzionalità delle unità in queste impostazioni dovrebbe essere valutata.

In alternativa alle resine di impregnazione e incapsulamento, alcuni produttori utilizzano rivestimenti conformi, che aderiscono alla forma di ogni scheda e offrono resistenza e durata, senza influire sul peso o sulle dimensioni di un PCB. I rivestimenti vengono generalmente testati in normali impostazioni atmosferiche. Ogni prova pone l’effetto di un dato rivestimento sulle capacità elettriche e meccaniche di un PCB in esame.

I materiali incapsulanti sono disponibili in tre varietà di base. Il materiale primario è epossidico, puro o miscelato. Gli epossidici sono costituiti da resine organiche e sono generalmente accessibili, quindi la loro popolarità tra i produttori. Un altro materiale molto diffuso utilizzato nei chip IC incapsulanti è il silicone, che non è a base di carbonio e quindi non è una resina organica. Le resine siliconiche sono generalmente a base solvente. In alternativa, alcune resine sono vulcanizzabili a temperatura ambiente e il contatto con l’umidità può curarle. I siliconi sono popolari grazie alla loro flessibilità nelle impostazioni calde e fredde.

Le resine per impregnazione e incapsulamento sono disponibili in diverse formulazioni, così come i rivestimenti conformi. Ogni formulazione è bilanciata per una gamma specifica di condizioni atmosferiche. Attraverso i test, i produttori possono determinare quali formulazioni sono più adatte per ambienti particolari. In una situazione normale, la maggior parte dei tipi di resine e rivestimenti offrirà una protezione sufficiente per un PCB. In ambienti più duri, una tavola richiede generalmente un cappotto con materiale speciale, come l’acrilico. Se il PCB è destinato all’uso in un ambiente sommerso, i cappotti extra-resistenti sono tra le opzioni più adatte.

Le resine in silicone forniscono prestazioni ottimali del PCB in una gamma di ambienti. Per i disegni PCB, il silicone è generalmente preferibile al poliuretano o all’epossidico. Tra questi ultimi due, il poliuretano è il materiale più affidabile in varie impostazioni. Le resine poliuretaniche possono essere efficaci in ambienti marini come protezione nell’immersione in acqua salata.

Capire IC Packaging

Per rimanere in cima al mercato, è fondamentale per rimanere al passo con le tendenze in IC packaging. In questo modo, puoi rimanere competitivo e fare i giusti investimenti nel mercato dei materiali di imballaggio IC. Vari segmenti di mercato influenzano il prezzo, la popolarità e la disponibilità dei materiali di imballaggio. Inoltre, le tendenze su scala regionale possono influire sul fatto che i materiali di imballaggio aumentino e diminuiscano l’utilizzo in determinati angoli del mondo.

Per notizie, statistiche e informazioni sulle tendenze del mercato IC, le parti interessate dovrebbero leggere il Semiconductor and IC Packaging Materials Market report, che scompone le cose in base alle categorie e alle applicazioni, il tutto nel quadro del settore IC. Gli esperti del settore utilizzano la gestione dei dati di progettazione per raccogliere e rivedere le informazioni sulle soluzioni di progettazione, ognuno portando le proprie intuizioni sul tavolo come produttori, fornitori e rivenditori e fornendo un quadro completo da tutta la griglia del valore.

In qualsiasi momento, eventi improvvisi e inaspettati possono avere un impatto sul mercato, tra cui disastri naturali, cambiamenti climatici, sconvolgimenti politici, tecnologie dirompenti e cambiamenti culturali. Come parte interessata sul fronte IC, rimanere in cima IC packaging richiede di riconoscere le tendenze relative alla produzione, fornitura, esportazione, importazione, prezzi, analisi di integrità e il tasso di crescita complessiva dei materiali di imballaggio, ed esaminarli regolarmente in modo da poter pianificare, bilancio di conseguenza e proteggere le entrate.

IC Packaging Da Millennium Circuits

Come potete vedere, ci sono molti elementi per IC packaging per sistemi elettronici, e come un giocatore nel settore dell’elettronica, è essenziale per capirli e rimanere al passo con i nuovi sviluppi nel packaging avanzato — soprattutto per quanto riguarda come influenzano i componenti per quanto riguarda i requisiti di prestazioni. Alcuni aspetti della confezione IC probabilmente rimarrà relativamente stabile nei prossimi anni, mentre altri potrebbero cambiare in modo significativo, e ti consigliamo di rimanere davanti al gioco. Sapere dove potrebbero arrivare i cambiamenti ti permette di reagire meglio a loro.

Se avete domande sui vari tipi di imballaggi IC o su qualsiasi cosa relativa a circuiti o circuiti stampati, contattate subito gli esperti di Millennium Circuits. Siamo orgogliosi di aiutare i nostri clienti ad avere una comprensione completa dell’elettronica con cui lavoriamo. Siamo lieti di fornirti le informazioni di progettazione e verifica di cui hai bisogno in modo da poter prendere le decisioni migliori sui componenti elettronici per la tua attività.