IC-verpakking

Jump To: Wat Is IC-verpakking? / Wat is het pakket van IC / Wat is IC-verpakking / IC-verpakkingstypes | IC-ontwerpoverwegingen / Wat is het meest voorkomende Type IC-pakket | alternatieve IC-verpakkingsmaterialen en-methoden voor assemblage / Wat is matrijs-Attach materiaal? / Wire Bond assemblage Types | Encapsulantia | Understanding IC Packaging / IC Packaging From Millennium Circuits

wil een halfgeleider gedurende vele jaren betrouwbaar werken, dan is het van cruciaal belang dat elke chip beschermd blijft tegen de elementen en mogelijke spanningen. Dat brengt ons op twee vragen-Wat is een verpakking met geïntegreerde Schakelingen (IC) en waarom is deze essentieel voor uw elektronicatoepassingen? Als u in de elektronica-industrie werkt en niet duidelijk bent hoe IC-verpakkingsmateriaal voor u kan werken, dan volgt hier een basisonderbreking van het idee achter IC-verpakking.

Wat is het pakket in IC?

IC-verpakking verwijst naar het materiaal dat een halfgeleiderelement bevat. Het pakket is een behuizing die het circuit materiaal omringt om het te beschermen tegen corrosie of fysieke schade en het mogelijk maken montage van de elektrische contacten aansluiten op de printed circuit board (PCB). Er zijn veel verschillende soorten geïntegreerde schakelingen, en daarom zijn er verschillende soorten ic-verpakkingsontwerpen om te overwegen, aangezien verschillende soorten circuitontwerpen verschillende behoeften zullen hebben als het gaat om hun buitenschaal.

Wat Is IC verpakking?

IC-verpakking is de laatste fase in de productie van halfgeleiderelementen. Tijdens deze fase wordt het halfgeleiderblok bedekt met een verpakking die het IC beschermt tegen potentieel schadelijke externe elementen en de corrosieve effecten van leeftijd. Het pakket is in wezen een omhulsel ontworpen om het blok te beschermen en ook om de elektrische contacten die signalen leveren aan de printplaat van een elektronisch apparaat te bevorderen.

IC-verpakkingstechnologie is geëvolueerd sinds de jaren zeventig, toen ball grid array (BGA) – pakketten voor het eerst in gebruik werden genomen door fabrikanten van elektronicaverpakkingen. Aan het begin van de 21e eeuw overschaduwden nieuwere opties in pakkettechnologieën pin grid array-pakketten, namelijk het plastic quad flat pack en het dunne small outline-pakket. Naarmate de noughties vorderden, introduceerden fabrikanten als Intel het tijdperk van land grid array-pakketten.

ondertussen vervingen flip-chip ball grid arrays (Fcbga ‘s), die meer pin tellingen bevatten dan andere pakkettypes, BGA’ s. De FCBGA bevat input en output signalen over de hele matrijs, in tegenstelling tot alleen de randen.

IC-verpakkingstypes

er zijn verschillende manieren om IC-verpakkingsontwerpen op basis van vorming te categoriseren. Als zodanig zijn er twee soorten IC-pakketten: het lead-frame-type en het substraattype.

Wat zijn de namen van IC-pakketten?

naast de structurele basisdefinitie van een IC-pakket, onderscheiden andere categorieën secundaire soorten interconnectie. Meer informatie over de verschillende categorieën IC-pakketten vindt u hieronder:

• pin-grid array: deze zijn voor socketing.
• Lead-frame en dual-inline pakketten: deze pakketten zijn voor samenstellingen waarin pinnen door gaten gaan.
• Chip scale package: een chip scale package is een single-sterven, direct oppervlak monteerbaar pakket, met een oppervlakte die kleiner is dan 1,2 keer de oppervlakte van de matrijs.
• quad flat pack: een lead-frame pakket van de loodloze variëteit.
• quad flat no-lead: een minuscuul pakket ter grootte van een chip, gebruikt voor opbouwmontage.
• Multichip-pakket: Multichip-pakketten, of multichip-modules, integreren meerdere ICs, discrete componenten en halfgeleidermatrijzen op een substraat, waardoor het multichip-pakket lijkt op een groter IC.
• Area array package: deze pakketten bieden maximale prestaties terwijl ze toch ruimte besparen doordat elk deel van het oppervlak van de chip kan worden gebruikt voor interconnectie.

het is belangrijk op te merken dat veel bedrijven gebruik maken van area array pakketten. Het belangrijkste voorbeeld in dit opzicht is het BGA — pakket, dat in verschillende formaten wordt geleverd, waaronder de kleine chipschaalpakketten — soms aangeduid als QFN-pakketten-en grotere pakketten. BGA constructie omvat een organisch substraat, en de beste toepassing is in multichip structuren. Multichip modules en pakketten zijn de toonaangevende alternatieven voor oplossingen die een systeem-op-chip formaat gebruiken. Andere opties zijn de tweestaps-en dubbelzijdige interconnectiepakketten.

bovendien is een categorie voor wafer IC-assemblage, bekend als wafer-level packaging (WLP), in het industriële taalgebruik blijven hangen. In wafer-level pakketten, de constructie vindt plaats op het gezicht van de wafer, het creëren van een pakket de grootte van een flip chip. Een ander wafer level-pakket is fan-out wafer-level packaging (FOWLP), een meer geavanceerde versie van conventionele WLP-oplossingen. In tegenstelling tot een WLP waar de wafer wordt gesneden nadat de buitenste lagen van de verpakking zijn bevestigd, gevogelte wafer blocing optreedt eerste.

IC-ontwerpoverwegingen

het kiezen van het juiste IC-pakket voor uw toepassingen begint met het kennen van technische informatie over de brede waaier van ontwerpoverwegingen bij het produceren van IC-pakketten. U wilt bijvoorbeeld op de hoogte zijn van de juiste materiaalcomposities en substraten voor uw IC-pakket. Het is ook belangrijk om het verschil tussen stijve en tape pakket substraten weten. Veel bedrijven overwegen ook het gebruik van laminaten als alternatieven voor lood frames en selecteren substraten die goed werken met metalen geleiders.

leer meer over enkele van de belangrijkste ontwerp overwegingen hieronder.

materiaalsamenstelling

de prestaties van een IC-pakket zijn grotendeels afhankelijk van de chemische, elektrische en materiële samenstelling ervan. Ondanks hun functionele verschillen, lead-frame en laminaat pakketten zijn beide sterk afhankelijk van de samenstelling van het materiaal. Lead-frame pakketten, de heersende formaat, gebruik zilver of goud draad-bond afwerkingen, bevestigd met een spot-plating methode. Dat maakt het proces eenvoudiger en betaalbaarder.

op keramische verpakkingen is Legering 42 een veel gebruikt metaaltype omdat het werkt met het onderliggende materiaal. Op plastic verpakkingen heeft het koperen loodframe de voorkeur omdat het de soldeerverbinding beschermt en geleidbaarheid biedt. Als gevolg van het beleid in bepaalde gebieden, het materiaal is ook een van de kritische factoren op de opbouw plastic verpakkingen.

door herzieningen van de Europese normen is de afwerking van lood een kwestie van intensief onderzoek geweest op het vlak van verpakkingsassemblage op een hoger niveau. Het doel was om levensvatbare vervangingen te vinden voor lood-tinsoldeer, die gemakkelijk kunnen worden toegepast en al lange tijd een nietje in de industrie zijn. Fabrikanten moeten zich echter nog verenigen rond één enkele oplossing, deels als gevolg van de wijdverbreide concurrentie tussen leveranciers. Het loodprobleem zal zich waarschijnlijk nog enige tijd niet oplossen.

alternatief voor Loodframes

vanaf het einde van de jaren zeventig kwamen laminaten naar voren als alternatief voor loodframes in chip-to-board-assemblages. Tegenwoordig zijn laminaten wijdverbreid in de IC packaging solutions-industrie, vanwege hun relatieve kosteneffectiviteit in vergelijking met keramische substraten. De meest populaire laminaten zijn de organische, hoge temperatuur types, die superieure elektrische eigenschappen bieden en zijn ook meer betaalbaar.

toepasselijke substraten

te midden van de toenemende populariteit van halfgeleiderpakketten is er ook een grotere vraag naar toepasselijke substraten en interposers. Een substraat is het onderdeel van een IC-pakket dat het board zijn mechanische sterkte geeft en het mogelijk maakt om verbinding te maken met externe apparaten. De interposer maakt verbindende routing in het pakket mogelijk. In sommige gevallen zijn de woorden “substraat” en “interposer” onderling verwisselbaar.

verschil tussen rigide en Tape Pakketsubstraten

Pakketsubstraten zijn er in rigide en tape varianten. Stijve substraten zijn stevig en gedefinieerd in hun vorm, terwijl tape substraten zijn slank en flexibel. In de begindagen van de IC-productie bestonden substraten uit keramisch materiaal. Tegenwoordig zijn de meeste substraten gemaakt van organisch materiaal.

indien een substraat bestaat uit meerdere dunne lagen die zijn gestapeld om een stijf substraat te vormen, wordt het een laminaat substraat genoemd. Twee van de gemeenschappelijkste laminaatsubstraten in IC productie zijn FR4 en bismaleimide-triazine (BT). De eerste bestaat uit epoxy, terwijl de laatste is een hoogwaardig harsmateriaal.

ten dele door de isolerende eigenschappen en de lage diëlektrische constante is BT-hars in de IC-industrie uitgegroeid tot een van de favoriete laminaatmaterialen. Op BGAs is BT het meest gebruikte van alle substraten. BT is ook uitgegroeid tot de favoriete hars voor chip scale package (CSP) laminaten. Ondertussen, concurrenten over de hele wereld zijn de productie van nieuwe epoxy en epoxy-mix alternatieven, die dreigen te geven BT een run voor zijn geld, mogelijk verlaging van de prijzen in het algemeen als de markt wordt concurrerender in de komende jaren.

als alternatief voor stijve substraten worden tape-substraten meestal gemaakt van polyimide en andere soorten temperatuurbestendige, duurzame materialen. Het voordeel van tape substraten is hun vermogen om gelijktijdig te bewegen en circuits te dragen, waardoor tape substraten de voorkeur in disk drives en andere apparaten die circuits te midden van snelle, constante beweging te dragen. Het andere grote voordeel van tape substraten is hun lage gewicht, wat betekent dat ze niet zelfs de geringste dimensie van zwaarte toe te voegen aan een aangebracht oppervlak.

substraten voor metalen geleiders

IC-pakketten moeten ook worden geleverd met metalen geleiders die signalen kunnen leiden naar verschillende verbindingselementen. Daarom is het essentieel dat substraten dit proces helpen vergemakkelijken. Substraten route de input en output signalen van een chip naar andere functies op een systeem in pakketten. De plaatsing van folie, meestal koper, dat is gebonden aan de laminaten in het substraat bereikt de metalen geleidbaarheid. Immersielagen van goud en nikkel worden vaak aangebracht als afwerkingen over het koper om interdiffusie en oxidatie te voorkomen.

Wat is het meest voorkomende type IC-pakket?

Loodframes zijn de meest voorkomende IC-pakketten. Je zou deze pakketten gebruiken voor draad-binding onderling verbonden matrijzen, met een zilveren of vergulde afwerking. Voor opbouw plastic verpakkingen gebruiken fabrikanten vaak koperen lead-frame materialen. Koper is zeer geleidend en uiterst compliant, dus het kan gunstig zijn voor dit doel.

alternatieve IC-verpakkingsmaterialen en montagemethoden

veel fabrikanten proberen af te stappen van de werkelijke loodafwerking IC-pakketten met loodframe, maar ze worden al zo lang zo vaak gebruikt dat het voor sommigen een moeilijke overgang is. De meest voorkomende pakketten omvatten de volgende:

• Dual inline pakketten: een dual inline pakket bestaat uit twee rijen elektrische pinnen langs de horizontale randen van een rechthoekig IC stuk. Een dual inline pakket wordt bevestigd aan een printplaat met een doorgaand gat of een stopcontact.
• small outline packages: een thin small outline package (TSOP) is een IC-component die bestaat uit een rechthoekige vorm met kleine pinnen langs de horizontale randen. TSOPs zijn gebruikelijk op ICs die RAM en flash-geheugen aandrijven.
• quad platte pakketten: Een quad flat package (QFP) is een platte, vierkante IC component met leads langs elk van de vier randen. QFPs kan niet door een gat worden gemonteerd, en sockets zijn zelden beschikbaar voor pakketten van dit type. QFPs kan zo weinig als 32 pinnen of zo veel als 304 pinnen hebben, afhankelijk van het pitchbereik. Varianten van de QFP omvatten low-profile en thin. Japanse elektronicafabrikanten gebruikten voor het eerst QFP ‘s in de jaren zeventig, hoewel het pakkettype in Noord-Amerika en Europa pas begin jaren negentig tractie zou krijgen.
• Ball grid arrays: Een BGA is een chip-dragende opbouw pakket vaak gezien in computerapparatuur. In tegenstelling tot andere IC-pakketten, waar alleen de omtrek kan aansluiten, kan het gehele onderoppervlak op een BGA worden gemonteerd. Door de kortere balverbindingen bieden BGAs enkele van de hoogste snelheden van alle IC-pakketten. BGA ‘ s zijn gebruikelijk op RAM-sticks en USB-kaarten, inclusief RAM-en luidsprekerkaarten. Het soldeerproces op een BGA vereist precisie.

substraatpakketten, zoals op Keramiek gebaseerde pakketten, vereisen een legering die qua thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) vergelijkbaar is met keramiek, zoals Iconel of Alloy 42. In het bevestigingsproces van de matrijs hechten we de matrijs aan het substraat met speciale matrijs-attach materialen, die we kunnen gebruiken in face-up wire-bond assemblage. Het is van cruciaal belang om gaten in het bijgevoegde materiaal te voorkomen, omdat deze kunnen leiden tot hot spots. Goed die-attach materiaal is elektrisch en thermisch geleidend, waardoor het ideaal is voor substraatpakketten.

u zou in plaats daarvan laminaat gebruiken als u hogere prestaties nodig hebt of als u te maken hebt met hoge I/O-tellingen. Laminaatpakketten zijn een uitstekend goedkoop alternatief voor keramische substraten en hebben ook een lagere diëlektrische constante.

Wat Is Hechtmateriaal?

het IC-pakket heeft twee primaire functies. De eerste is om de dobbelsteen te beschermen tegen schade die externe factoren kunnen veroorzaken. De tweede is om de input en output te herverdelen naar een beheersbare fijne toonhoogte. Bovendien biedt het pakket een gestandaardiseerde structuur die de thermische route goed leidt, weg van de gestapelde matrijs. Over het algemeen is de structuur beter geschikt voor elektrische tests en beter bestand tegen fouten.

Stansmaterialen zijn vloeibare of filmmaterialen die door de fabrikant worden ontworpen om ontgassing te voorkomen en die de kwaliteit van de draadbinding kunnen aantasten. Deze materialen dienen ook als stressbuffer, zodat de matrijs niet breekt als de CTE niet helemaal overeenkomt met het substraat.

er bestaan verschillende methoden voor het aanbrengen van hechtmaterialen, waarvan sommige ingewikkelder zijn dan andere. Voor de meeste toepassingen wordt die-attach aangebracht op assemblages waar de draadbinding zich op het oppervlak bevindt. In alle gevallen, sterven-attach materialen zijn thermisch geleidend. Op bepaalde samenstellingen, die-attach biedt ook elektrische geleidbaarheid. Om te voorkomen dat vlekken te warm worden samen met de matrijs, proberen fabrikanten over het algemeen holtes in het materiaal te voorkomen. Matrijs-bevestig materialen, zowel vloeistof als film, bestand tegen ontgassing en bescherm matrijzen tegen schade.

Draadbindingsassemblage

Draadbindingsassemblage komt in drie formaten:

• thermo-compressiebinding
• thermosonische kogelbinding
• kamertemperatuur ultrasone wigbinding

het door u gekozen type draadbinding heeft verschillende montagemogelijkheden. Wire bonding gebruikt meestal gouddraad, hoewel u in plaats daarvan koperdraad kunt gebruiken als u een stikstofrijke assemblageomgeving hebt. Wigbinding met aluminiumdraad kan een economisch alternatief zijn.

Ultrasone verlijming begint met een draadtoevoer door een gat in het oppervlak van een samenstel van onderdelen. Het proces omvat een matrijs en substraatbinding.

Thermosonische verlijming is een proces dat wordt gebruikt om silicium-ICs aan te sluiten op computers. Het proces assembleert de componenten van centrale verwerkingseenheden, die de circuits van personal computers en laptops integreren.Thermosonische bindingen bestaan uit thermische, mechanische en ultrasone energieën. De machines die dit proces uitvoeren bevatten transducers, die elektrische energie omzetten in piëzo-elektriciteit.

thermocompressiebinding is een methode die twee metalen verbindt door een mix van kracht en warmte. De methode wordt afwisselend genoemd wafer bonding, diffusie bonding, vastestof lassen en druk verbinden. Thermocompressie verlijming beschermt elektrische structuren en apparaatpakketten voorafgaand aan de opbouwmontage. De methode omvat de diffusie van het oppervlak en de korrelgrens.

Encapsulantia

Encapsulantia zijn het laatste stuk van de IC-verpakking en dienen om de geleider en de draden te beschermen tegen milieu-en fysische schade. Ze kunnen worden gemaakt van epoxy of epoxy mengsels, siliconen, polyimide of ofwel op basis van oplosmiddelen of kamertemperatuur vulkaniseerbaar. De overige componenten die u kiest, zijn afhankelijk van de specifieke behoeften van uw geïntegreerde schakelingen en uw toepassingen.Printplaten kunnen gevoelig zijn voor elektrostatisch stof in industriële en automotive omgevingen. Om de mechanische eigenschappen van PCB ‘ s te beschermen, gebruiken fabrikanten nu inkapselingsharsen.

als beschermende barrière zijn potting en encapsulantia zeer doeltreffend om te voorkomen dat stof en andere atmosferische elementen de mechanismen van PCB ‘ s schaden. Met voldoende harsen kunnen encapsulantia PCB ‘ s beschermen tegen trillingen, schokken en externe elementen. Om de toepassing effectief te laten werken, moeten harsen getest worden op hun geschiktheid in verschillende potentiële werkomgevingen. De functionaliteit van de eenheden in deze instellingen moet ook worden geëvalueerd.

als alternatief voor potten-en inkapselingsharsen gebruiken sommige fabrikanten conforme coatings, die de vorm van elk karton aanscherpen en sterkte en duurzaamheid bieden, zonder het gewicht of de afmetingen van een PCB te beïnvloeden. Coatings worden over het algemeen getest in normale atmosferische omgevingen. Bij elke test wordt het effect van een bepaalde coating op de elektrische en mechanische eigenschappen van een te onderzoeken PCB vastgesteld.

Encapsulanten zijn er in drie basisvarianten. Het primaire materiaal is epoxy, zuiver of gemengd. Epoxies bestaan uit organische harsen en zijn over het algemeen betaalbaar, vandaar hun populariteit onder fabrikanten. Een ander wijdverbreid materiaal dat in encapsulant IC-chips wordt gebruikt, is siliconen, dat niet op koolstofbasis en dus geen organische hars is. Siliconenharsen zijn over het algemeen op basis van oplosmiddelen. Afwisselend, sommige harsen zijn kamertemperatuur-vulkaniseerbaar, en contact met vocht kan ze genezen. Siliconen zijn populair vanwege hun flexibiliteit in zowel warme als koude instellingen.

pot-en inkapselingsharsen komen in verschillende formuleringen voor, evenals de vormvaste coatings. Elke formulering is gebalanceerd voor een specifieke reeks atmosferische omstandigheden. Door middel van testen kunnen fabrikanten bepalen welke formuleringen het meest geschikt zijn voor bepaalde omgevingen. In een normale situatie bieden de meeste soorten harsen en coatings voldoende bescherming voor een PCB. In hardere instellingen, zal een board over het algemeen een laag met speciaal materiaal, zoals acryl. Als de print is bedoeld voor gebruik in een onderwaterstand, zijn extra sterke lakken een van de meest geschikte opties.

siliconenharsen bieden optimale PCB-prestaties in verschillende omgevingen. Voor PCB ‘ s heeft siliconen over het algemeen de voorkeur boven polyurethaan of epoxy. Tussen die laatste twee is polyurethaan het betrouwbaarste materiaal in verschillende omgevingen. Polyurethaanharsen kunnen effectief zijn in mariene omgevingen als bescherming bij onderdompeling in zoutwater.

inzicht in IC-verpakking

om op de markt te blijven, is het van cruciaal belang op de hoogte te blijven van trends in IC-verpakkingen. Op deze manier kunt u concurrerend blijven en de juiste investeringen doen in de IC verpakkingsmaterialenmarkt. Verschillende marktsegmenten beïnvloeden de prijs, populariteit en beschikbaarheid van verpakkingsmaterialen. Daarnaast kunnen trends op regionale schaal invloed hebben op de vraag of verpakkingsmaterialen stijgen en dalen in het gebruik in bepaalde hoeken van de wereld.

voor nieuws, statistieken en informatie over trends op de IC-markt dienen belanghebbenden het Market report over Semiconductor and IC Packaging Materials te lezen, waarin de zaken worden uitgesplitst naar categorieën en toepassingen, allemaal in het kader van de IC-industrie. Experts binnen de industrie gebruiken design data management om informatie over ontwerpoplossingen te verzamelen en te beoordelen, waarbij ze elk hun inzichten als fabrikanten, leveranciers en retailers aan de orde stellen en een volledig beeld geven vanuit het hele waardenetwerk.

op elk moment kunnen plotselinge, onverwachte gebeurtenissen gevolgen hebben voor de markt, waaronder natuurrampen, klimaatverandering, politieke omwentelingen, ontwrichtende technologie en culturele verschuivingen. Als een geà nteresseerde partij op het IC front, een verblijf op de top van IC verpakking vereist dat u trends met betrekking tot de productie, levering, export, import, prijzen, integriteitsanalyse en de totale groei van verpakkingsmaterialen te herkennen, en ze regelmatig te onderzoeken, zodat u kunt plannen, budget dienovereenkomstig en de bescherming van uw inkomsten.

IC Packaging from Millennium Circuits

zoals u kunt zien, zijn er veel elementen aan IC packaging voor elektronische systemen, en als speler in de elektronica — industrie is het essentieel om ze te begrijpen en op de hoogte te blijven van nieuwe ontwikkelingen in geavanceerde verpakkingen-vooral wat betreft de invloed die ze hebben op uw componenten wat betreft de prestatie-eisen. Sommige aspecten van IC-verpakkingen zullen de komende jaren waarschijnlijk relatief stabiel blijven, terwijl andere aanzienlijk kunnen veranderen, en je wilt het spel voor blijven. Als je weet waar veranderingen waarschijnlijk zullen komen, kun je er beter op reageren.

als u vragen hebt over de verschillende soorten IC-verpakkingen of iets met betrekking tot circuits of printplaten, neem dan nu contact op met de experts van Millennium Circuits. We zijn er enorm trots op om onze klanten te helpen een volledig begrip te hebben van de elektronica waarmee we werken. We zijn blij om u te voorzien van de ontwerp-en verificatiegegevens die u nodig hebt, zodat u de beste beslissingen kunt nemen over elektronische componenten voor uw bedrijf.