IC Packaging

Skocz do: co to jest Ic Packaging? / Co to jest pakiet IC / co to jest opakowanie IC / typy pakietów IC / rozważania dotyczące projektowania IC | jaki jest najczęstszy rodzaj pakietu IC | alternatywne materiały i metody montażu pakietów IC / co to jest materiał do mocowania matrycowego? / Wire Bond Assembly Types / Encapsulants / Understanding IC Packaging / IC Packaging From Millennium Circuits

aby półprzewodnik działał niezawodnie przez wiele lat użytkowania, ważne jest, aby każdy chip pozostał chroniony przed elementami i możliwymi naprężeniami. To prowadzi nas do dwóch pytań – czym jest opakowanie układów scalonych (IC) i dlaczego jest ono niezbędne w zastosowaniach elektronicznych? Jeśli pracujesz w przemyśle elektronicznym i nie jesteś pewien, jak IC packaging material może pracować dla ciebie, oto podstawowy podział idei IC packaging.

Co To jest pakiet W IC?

opakowanie IC odnosi się do materiału, który zawiera urządzenie półprzewodnikowe. Pakiet jest obudową, która otacza materiał obwodu, aby chronić go przed korozją lub uszkodzeniami fizycznymi i umożliwić montaż styków elektrycznych łączących go z płytką drukowaną (PCB). Istnieje wiele różnych typów układów scalonych, a zatem istnieją różne rodzaje projektów systemów pakowania IC do rozważenia, ponieważ różne typy projektów obwodów będą miały różne potrzeby, jeśli chodzi o ich zewnętrzną powłokę.

Co To jest IC Packaging?

opakowania IC to ostatni etap produkcji urządzeń półprzewodnikowych. Na tym etapie blok półprzewodnikowy zostaje pokryty pakietem, który chroni układ scalony przed potencjalnie szkodliwymi elementami zewnętrznymi i korozyjnymi skutkami starzenia. Pakiet jest zasadniczo obudową zaprojektowaną w celu ochrony bloku, a także promowania styków elektrycznych, które dostarczają sygnały do płytki drukowanej urządzenia elektronicznego.

technologia pakowania IC ewoluowała od lat 70., kiedy to Pakiety ball grid array (BGA) po raz pierwszy pojawiły się w użyciu wśród producentów opakowań elektronicznych. Na początku XXI wieku nowsze opcje w technologiach pakietowych przyćmiły pin grid array packages, a mianowicie plastic quad flat pack I thin small outline package. Wraz z postępem zmian, producenci tacy jak Intel zapoczątkowali erę pakietów sieci lądowych.

tymczasem tablice typu flip-chip ball grid (FCBGAs), które mieszczą więcej pinów niż inne typy pakietów, zastąpiły BGA. FCBGA zawiera sygnały wejściowe i wyjściowe na całej matrycy, w przeciwieństwie do samych krawędzi.

typy opakowań IC

istnieją różne sposoby kategoryzowania projektów opakowań IC w oparciu o tworzenie. W związku z tym istnieją dwa rodzaje pakietów IC: typ ramy ołowianej i typ podłoża.

jakie są nazwy pakietów IC?

poza podstawową definicją strukturalną pakietu IC, inne kategorie wyróżniają drugorzędne rodzaje połączeń międzysystemowych. Więcej informacji na temat różnych kategorii pakietów IC można znaleźć poniżej:

• Pin-grid array: są one przeznaczone do socketingu.
• pakiety z ramą prowadzącą i podwójnymi rzędami: te pakiety są przeznaczone do zespołów, w których kołki przechodzą przez otwory.
• pakiet skali chipowej: pakiet skali chipowej jest pojedynczym, bezpośrednim pakietem do montażu powierzchniowego, o powierzchni mniejszej niż 1,2-krotność powierzchni matrycy.
• Quad flat pack: Pakiet ołowianej ramy odmiany bezołowiowej.
• Quad flat no-lead: małe opakowanie, wielkości Chipa, używane do montażu powierzchniowego.
• Pakiet Multichip: Pakiety Multichip, lub Moduły multichip, integrują wiele układów scalonych, dyskretnych komponentów i matryc półprzewodnikowych na podłożu, dzięki czemu pakiet multichip przypomina większy układ scalony.
• Pakiet Area array: pakiety te oferują maksymalną wydajność, jednocześnie oszczędzając przestrzeń, umożliwiając wykorzystanie dowolnej części powierzchni chipa do połączenia.

ważne jest, aby pamiętać, że wiele firm wykorzystuje Pakiety tablic obszarów. Najważniejszym przykładem w tym zakresie jest pakiet BGA, który jest dostępny w różnych formatach, w tym małe pakiety skali chipów — czasami określane jako pakiety QFN — i większe pakiety. Budowa BGA obejmuje podłoże organiczne, a jego najlepsze zastosowanie znajduje w strukturach wielochipowych. Moduły i pakiety Multichip są wiodącą alternatywą dla rozwiązań wykorzystujących format system-on-chip. Inne opcje obejmują pakiety dwuetapowych i dwupowierzchniowych połączeń międzysystemowych.

dodatkowo w żargonie przemysłowym pojawiła się Kategoria do montażu układów scalonych wafli, znana jako pakowanie na poziomie wafli (WLP). W opakowaniach na poziomie wafla konstrukcja występuje na powierzchni wafla, tworząc opakowanie wielkości flip chip. Innym pakietem WAFL level jest fan-out WAFL-level packaging (FOWLP), który jest bardziej zaawansowaną wersją konwencjonalnych rozwiązań WLP. W przeciwieństwie do WLP, w którym Wafel jest krojony po przymocowaniu zewnętrznych warstw opakowania,najpierw następuje krojenie wafla z ptactwa.

rozważania dotyczące projektowania układów scalonych

wybór odpowiedniego pakietu układów scalonych do swoich zastosowań zaczyna się od znajomości informacji technicznych na temat szerokiego zakresu zagadnień projektowych związanych z produkcją układów scalonych. Na przykład, będziesz chciał być świadomy odpowiednich kompozycji Materiałowych i podłoży dla Twojego pakietu IC. Ważne jest również, aby znać różnicę między podłożami sztywnymi i taśmowymi. Wiele firm rozważa również zastosowanie laminatów jako alternatywy dla ołowianych RAM i wybranych podłoży, które dobrze współpracują z metalowymi przewodami.

dowiedz się więcej o niektórych najważniejszych kwestiach projektowych poniżej.

Skład materiału

wydajność pakietu IC zależy w dużej mierze od jego składu chemicznego, elektrycznego i materiałowego. Pomimo różnic funkcjonalnych, zarówno ramy ołowiane, jak i opakowania z laminatu w dużej mierze opierają się na składzie materiału. Ołowiane Pakiety ramowe, dominujący format, wykorzystują srebrne lub złote wykończenia wiązania drutu, przymocowane metodą platerowania punktowego. To sprawia, że proces jest prostszy i bardziej przystępny cenowo.

na opakowaniach ceramicznych Stop 42 jest szeroko stosowanym rodzajem metalu, ponieważ współpracuje z materiałem leżącym u jego podłoża. Na opakowaniach z tworzyw sztucznych rama z miedzianego ołowiu jest preferowana, ponieważ chroni złącze lutowane i zapewnia przewodność. Ze względu na politykę w niektórych obszarach materiał jest również jednym z krytycznych czynników w opakowaniach z tworzywa sztucznego do montażu powierzchniowego.

ze względu na zmiany w normach europejskich, wykończenie czołowe było kwestią intensywnej kontroli nad montażem opakowań na nowym poziomie. Celem było znalezienie realnych zamienników lutów cynowo-ołowiowych, które są łatwe do zastosowania i od dawna stanowią podstawę w całej branży. Jednak producenci muszą jeszcze zjednoczyć się wokół jednego rozwiązania, częściowo ze względu na powszechną konkurencję wśród dostawców. Główny problem jest mało prawdopodobne, aby rozwiązać się przez jakiś czas.

alternatywa dla RAM ołowianych

począwszy od końca lat 70., laminaty pojawiły się jako alternatywa dla RAM ołowianych w zespołach typu chip-to-board. Obecnie laminaty są powszechne w branży IC packaging solutions, ze względu na ich względną opłacalność w porównaniu z podłożami ceramicznymi. Najbardziej popularnymi laminatami są organiczne, wysokotemperaturowe typy, które zapewniają doskonałe właściwości elektryczne i są również bardziej przystępne cenowo.

odpowiednie substraty

w związku ze wzrostem popularności pakietów półprzewodnikowych, wzrosło również zapotrzebowanie na odpowiednie substraty i interposery. Podłoże to część pakietu IC, która nadaje płytce wytrzymałość mechaniczną i umożliwia jej połączenie z urządzeniami zewnętrznymi. Interposer umożliwia łączenie routingu w pakiecie. W niektórych przypadkach słowa” substrat “i” interposer ” są wymienne.

różnica między sztywnymi i taśmowymi podłożami opakowaniowymi

podłoża opakowaniowe występują w odmianach sztywnych i taśmowych. Sztywne podłoża są twarde i zdefiniowane w swoim kształcie, podczas gdy podłoża taśmowe są smukłe i elastyczne. W pierwszych dniach produkcji IC podłoża składały się z materiału ceramicznego. Obecnie większość podłoży jest wykonana z materiału organicznego.

jeśli podłoże składa się z wielu cienkich warstw ułożonych w stos, tworząc sztywne podłoże, jest znane jako podłoże laminowane. Dwa z najczęstszych podłoży laminowanych w produkcji IC to FR4 i bismaleimid-triazyna (BT). Pierwszy składa się z żywicy epoksydowej, podczas gdy drugi jest wysokiej jakości materiałem żywicznym.

ze względu na częściowo swoje właściwości izolacyjne i niską stałą dielektryczną, Żywica BT pojawiła się w branży IC jako jeden z preferowanych materiałów laminowanych. Na BGA, BT jest najczęściej używany ze wszystkich substratów. BT stał się również preferowaną żywicą do laminatów typu chip scale package (CSP). Tymczasem konkurenci na całym świecie produkują nowe alternatywy dla mieszanek epoksydowych i epoksydowych, które grożą BT ucieczką za swoje pieniądze, prawdopodobnie obniżając ceny, ponieważ rynek staje się bardziej konkurencyjny w nadchodzących latach.

jako alternatywa dla sztywnych podłoży, podłoża taśmowe są w większości wykonane z poliimidu i innych rodzajów odpornych na temperaturę, trwałych materiałów. Zaletą podłoży taśmowych jest ich zdolność do jednoczesnego przenoszenia i przenoszenia obwodów, co sprawia, że podłoża taśmowe są preferowanym wyborem w napędach dyskowych i innych urządzeniach, które przenoszą obwody wśród szybkiego, ciągłego ruchu. Inną główną zaletą podłoży taśmowych jest ich niska waga, co oznacza, że nie dodają nawet najmniejszego wymiaru ciężkości nakładanej powierzchni.

podłoża wspomagające przewody metalowe

Pakiety IC muszą być również wyposażone w metalowe przewody, które mogą kierować sygnały do różnych funkcji połączeń. Dlatego niezbędne jest, aby podłoża ułatwiały ten proces. Substraty kierują sygnały wejściowe i wyjściowe układu do innych funkcji systemu w pakietach. Umieszczenie folii, zazwyczaj miedzianej, która jest połączona z laminatami w podłożu, zapewnia przewodność metalu. Warstwy zanurzeniowe złota i niklu często są nakładane jako wykończenia na miedź, aby zapobiec interdyfuzji i utlenianiu.

jaki jest najczęstszy typ pakietu IC?

ramki ołowiane są najczęściej stosowanymi pakietami układów scalonych. Można użyć tych pakietów do połączeń łączonych matryc, ze srebrnym lub pozłacanym wykończeniem. W przypadku opakowań z tworzyw sztucznych do montażu powierzchniowego producenci często używają miedzianych materiałów ołowiowych. Miedź jest wysoce przewodząca i wyjątkowo zgodna, więc może być korzystna w tym celu.

alternatywne materiały opakowaniowe IC i metody montażu

wielu producentów próbuje odejść od rzeczywistych ołowianych wykończeń ołowianych pakietów IC, ale są one tak często używane przez tak długi czas, że jest to trudne przejście dla niektórych. Najczęstsze pakiety obejmują następujące:

• Podwójne Pakiety inline: podwójny pakiet inline składa się z dwóch rzędów szpilek elektrycznych wzdłuż poziomych krawędzi prostokątnego elementu IC. Podwójny pakiet inline montuje się na płytce drukowanej z otworem przelotowym lub gniazdem.
• Small outline packages: thin small outline package (TSOP) to komponent układu scalonego, który składa się z prostokątnego kształtu z małymi kołkami wzdłuż poziomych krawędzi. TSOP są powszechne w ICs, które zasilają PAMIĘĆ RAM i flash.
• Pakiety Quad flat: Quad flat package (QFP) to płaski, kwadratowy element układu scalonego z przewodami wzdłuż każdej z czterech krawędzi. QFPs nie może być montowany przez otwór przelotowy, a gniazda są rzadko dostępne dla pakietów tego typu. QFPs może mieć tylko 32 piny lub 304 piny, w zależności od zakresu skoku. Warianty QFP to niskoprofilowe i cienkie. Japońscy producenci elektroniki po raz pierwszy używali QFPs w latach 70., chociaż typ pakietu nie zyskał trakcji w Ameryce Północnej i Europie aż do wczesnych lat 90.
• Tablice siatkowe z piłkami: BGA to pakiet do montażu powierzchniowego z chipem powszechnie spotykany w sprzęcie komputerowym. W przeciwieństwie do innych pakietów IC, gdzie tylko obwód może się połączyć, cała dolna powierzchnia może być zamontowana na BGA. Ze względu na krótsze połączenia kulowe, BGA oferują jedne z najwyższych prędkości ze wszystkich pakietów IC. BGA są powszechne na pamięciach RAM i kartach USB, w tym na pamięciach RAM i kartach głośnikowych. Proces lutowania na BGA wymaga precyzji.

Pakiety podłoża, takie jak pakiety na bazie ceramiki, będą wymagały stopu o współczynniku rozszerzalności cieplnej (CTE) podobnym do ceramiki, takiego jak Iconel lub Alloy 42. W procesie mocowania matrycy wiążemy matrycę do podłoża za pomocą specjalnych materiałów do mocowania matrycy,które możemy wykorzystać do montażu wiązania drutu. Ważne jest, aby uniknąć przerw w dołączonym materiale, ponieważ mogą one prowadzić do gorących punktów. Dobry materiał do mocowania matryc jest przewodzący elektrycznie i termicznie, dzięki czemu idealnie nadaje się do opakowań podłoża.

zamiast tego użyjesz laminatu, jeśli potrzebujesz wyższej wydajności lub masz do czynienia z wysoką liczbą wejść/wyjść. Pakiety laminowane są doskonałą tanią alternatywą dla podłoży ceramicznych i mają również niższą stałą dielektryczną.

Co To Jest Materiał Do Mocowania Matryc?

pakiet IC pełni dwie podstawowe funkcje. Pierwszym z nich jest zabezpieczenie matrycy przed uszkodzeniami, które mogą spowodować czynniki zewnętrzne. Drugim jest redystrybucja wejścia i wyjścia do łatwego do opanowania drobnego skoku. Dodatkowo pakiet zapewnia znormalizowaną strukturę, która prawidłowo kieruje ścieżkę termiczną, z dala od ułożonej matrycy. Ogólnie rzecz biorąc, struktura lepiej nadaje się do testów elektrycznych i jest bardziej odporna na błędy.

materiały do mocowania matryc to materiały płynne lub foliowe, które producenci projektują w celu uniknięcia odgazowania, co może pogorszyć jakość wiązania drutu. Materiały te służą również jako bufor naprężeń, więc matryca nie pęka, jeśli CTE nie do końca pasuje do podłoża.

istnieją różne metody nakładania materiałów matrycowych, z których niektóre są bardziej skomplikowane niż inne. W przypadku większości zastosowań, Die-attachment zostaje nałożony na zespoły, w których Wiązanie drutu znajduje się na powierzchni. We wszystkich przypadkach Materiały mocujące są przewodzące ciepło. W niektórych zestawach die-attachment zapewnia również przewodność elektryczną. Aby zapobiec zbyt gorącym plamom wraz z matrycą, producenci zazwyczaj starają się zapobiegać pustkom w materiale. Materiały do mocowania matryc, zarówno ciecz, jak i folia, są odporne na odgazowanie i chronią matryce przed uszkodzeniem.

typy zespołów wiązania drutu

zespoły wiązania drutu występują w trzech formatach:

• Thermo-compression bonding
• thermosonic ball bonding
• Temperatura pokojowa ultradźwiękowe klejenie klinowe

wybrany typ zespołu wiązania drutu będzie miał różne możliwości montażu. Klejenie drutu zazwyczaj wykorzystuje złoty drut, chociaż można użyć drutu miedzianego zamiast tego, jeśli masz środowisko montażu bogate w azot. Klejenie klinowe za pomocą drutu aluminiowego może być ekonomiczną alternatywą.

Wiązanie ultradźwiękowe rozpoczyna się od podawania drutu przez otwór w powierzchni zespołu elementu. Proces obejmuje Wiązanie matrycy i podłoża.

Wiązanie Termosoniczne jest procesem stosowanym do łączenia silikonowych układów scalonych z komputerami. Proces montuje komponenty jednostek centralnych, które integrują obwody komputerów osobistych i laptopów.

wiązania Termosoniczne składają się z energii termicznej, mechanicznej i ultradźwiękowej. W maszynach, które przeprowadzają ten proces, znajdują się przetworniki, które przekształcają energię elektryczną w piezoelektryczność.

Wiązanie Termokompresyjne jest metodą, która łączy dwa metale poprzez mieszankę siły i ciepła. Metoda ta jest na przemian nazywana wiązaniem Waflowym, wiązaniem dyfuzyjnym, spawaniem w stanie stałym i łączeniem ciśnieniowym. Wiązanie termokompresyjne chroni konstrukcje elektryczne i pakiety urządzeń przed montażem powierzchniowym. Metoda obejmuje dyfuzję granicy powierzchni i ziarna.

Enkapsulanty

Enkapsulanty są ostatnim elementem pakietu IC i służą do ochrony przewodu i przewodów przed uszkodzeniami środowiskowymi i fizycznymi. Mogą być wykonane z mieszanek epoksydowych lub epoksydowych, silikonu, poliimidu lub wulkanizacji na bazie rozpuszczalnika lub w temperaturze pokojowej. Pozostałe wybrane komponenty zależą od specyficznych potrzeb układów scalonych i aplikacji.

płytki drukowane mogą być podatne na pył elektrostatyczny w środowiskach przemysłowych i motoryzacyjnych. Aby chronić właściwości mechaniczne PCB, producenci używają teraz żywic hermetyzujących.

jako bariera ochronna, zalewanie i hermetyzatory są bardzo skuteczne w zapobieganiu uszkodzeniu mechanizmów PCB przez pył i inne elementy atmosferyczne. Dzięki wystarczającej ilości żywic, hermetyzanty mogą chronić płytki PCB przed naprężeniami związanymi z wibracjami, wstrząsami i elementami zewnętrznymi. Aby aplikacja działała skutecznie, żywice muszą zostać przetestowane pod kątem ich przydatności w różnych potencjalnych środowiskach pracy. Funkcjonalność jednostek w tych ustawieniach również powinna zostać oceniona.

jako alternatywa dla żywic do zalewania i hermetyzacji, niektórzy producenci używają powłok konformalnych, które dopasowują się do kształtu każdej płyty i oferują wytrzymałość i trwałość, bez wpływu na wagę lub Wymiary płytki drukowanej. Powłoki są zazwyczaj testowane w normalnych warunkach atmosferycznych. Każdy test umieszcza wpływ danej powłoki na możliwości elektryczne i mechaniczne badanej płytki drukowanej.

materiały hermetyzujące występują w trzech podstawowych odmianach. Podstawowym materiałem jest żywica epoksydowa, czysta lub zmieszana. Epoksydy składają się z żywic organicznych i są ogólnie przystępne cenowo, stąd ich popularność wśród producentów. Innym rozpowszechnionym materiałem stosowanym w układach scalonych jest silikon, który nie jest oparty na węglu, a zatem nie jest żywicą organiczną. Żywice silikonowe są zwykle na bazie rozpuszczalnika. Alternatywnie, niektóre żywice są wulkanizowalne w temperaturze pokojowej, a kontakt z wilgocią może je utwardzić. Silikony są popularne ze względu na ich elastyczność zarówno w gorących, jak i zimnych warunkach.

Żywice do zalewania i hermetyzacji występują w kilku różnych formułach, podobnie jak powłoki konformalne. Każdy preparat jest zbilansowany dla określonego zakresu warunków atmosferycznych. Dzięki testom producenci mogą określić, które preparaty najlepiej nadają się do określonych środowisk. W normalnej sytuacji większość rodzajów żywic i powłok zapewni wystarczającą ochronę PCB. W ostrzejszych Ustawieniach deska zazwyczaj wymaga płaszcza ze specjalnego materiału, takiego jak akryl. Jeśli płytka PCB jest przeznaczona do stosowania w zanurzeniu, Najbardziej odpowiednie są powłoki o dużej wytrzymałości.

żywice wykonane z silikonu zapewniają optymalną wydajność PCB w różnych środowiskach. W przypadku konstrukcji PCB silikon jest ogólnie lepszy od poliuretanu lub żywicy epoksydowej. Pomiędzy tymi dwoma ostatnimi, poliuretan jest bardziej niezawodny materiał w różnych ustawieniach. Żywice poliuretanowe mogą być skuteczne w warunkach morskich jako ochrona w zanurzeniu w słonej wodzie.

zrozumienie IC Packaging

aby być na szczycie rynku, ważne jest, aby być na bieżąco z trendami w opakowaniach IC. W ten sposób możesz pozostać konkurencyjny i dokonać odpowiednich inwestycji na rynku materiałów opakowaniowych IC. Różne segmenty rynku wpływają na cenę, popularność i dostępność materiałów opakowaniowych. Ponadto trendy w skali regionalnej mogą mieć wpływ na wzrost lub spadek wykorzystania materiałów opakowaniowych w niektórych zakątkach świata.

aby uzyskać wiadomości, statystyki i informacje na temat trendów na rynku IC, zainteresowane strony powinny przeczytać raport rynku półprzewodników i materiałów opakowaniowych IC, który rozbija rzeczy według kategorii i zastosowań, wszystko w ramach branży IC. Eksperci z branży wykorzystują zarządzanie danymi projektowymi do zbierania i przeglądania informacji na temat rozwiązań projektowych, z których każdy przedstawia swoje spostrzeżenia jako producenci, dostawcy i sprzedawcy detaliczni oraz zapewnia pełny obraz z całej siatki wartości.

w każdej chwili nagłe, nieoczekiwane wydarzenia mogą mieć wpływ na rynek, w tym klęski żywiołowe, zmiany klimatyczne, wstrząsy polityczne, przełomowe technologie i zmiany kulturowe. Jako zainteresowana strona na froncie IC, pozostawanie na szczycie IC packaging wymaga rozpoznania trendów dotyczących produkcji, dostaw, eksportu, importu, cen, analizy integralności i ogólnego tempa wzrostu materiałów opakowaniowych i regularnego sprawdzania ich, aby móc odpowiednio planować, budżetować i chronić swoje dochody.

IC Packaging od Millennium Circuits

jak widać, istnieje wiele elementów do IC packaging dla systemów elektronicznych, a jako gracz w branży elektronicznej, ważne jest, aby je zrozumieć i być na bieżąco z nowymi osiągami w zaawansowanych opakowaniach — zwłaszcza jeśli chodzi o ich wpływ na twoje komponenty dotyczące wymagań wydajnościowych. Niektóre aspekty pakowania IC prawdopodobnie pozostaną stosunkowo stabilne w nadchodzących latach, podczas gdy inne mogą się znacznie zmienić, a Ty będziesz chciał wyprzedzić grę. Wiedza o tym, gdzie mogą nastąpić zmiany, pozwala lepiej na nie reagować.

jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące różnych rodzajów opakowań IC lub czegokolwiek związanego z obwodami lub płytkami drukowanymi, skontaktuj się z ekspertami z Millennium Circuits. Jesteśmy dumni z tego, że pomagamy naszym klientom w pełnym zrozumieniu elektroniki, z którą współpracujemy. Z przyjemnością dostarczymy ci potrzebne informacje dotyczące projektu i weryfikacji, abyś mógł podejmować najlepsze decyzje dotyczące komponentów elektronicznych dla swojej firmy.