IC förpackningar

Hoppa till: vad är IC förpackningar? / Vad är paketet med IC / Vad är IC-förpackning | IC-pakettyper | IC-Designöverväganden | Vad är den vanligaste typen av IC-paket | alternativa IC-Paketmaterial och metoder för montering / Vad är Die-Attach-Material? | Trådbindningsmonteringstyper | Inkapslare / förståelse IC-förpackningar / IC-förpackningar från Millennium Circuits

för att en halvledare ska fungera pålitligt under många års användning är det avgörande för varje chip att förbli skyddad från elementen och möjliga spänningar. Det leder oss till två frågor – Vad är integrerad krets (IC) förpackning, och varför är det viktigt för dina elektronikapplikationer? Om du arbetar inom elektronikindustrin och inte är tydlig med hur IC-förpackningsmaterial kan fungera för dig, här är en grundläggande uppdelning av tanken bakom IC-förpackningar.

Vad är paketet i IC?

IC-förpackning avser materialet som innehåller en halvledaranordning. Paketet är ett fodral som omger kretsmaterialet för att skydda det mot korrosion eller fysisk skada och möjliggöra montering av de elektriska kontakterna som ansluter det till kretskortet (PCB). Det finns många olika typer av integrerade kretsar, och därför finns det olika typer av IC-förpackningssystem att överväga, eftersom olika typer av kretsdesigner kommer att ha olika behov när det gäller deras yttre skal.

Vad är IC-förpackning?

IC-förpackning är det sista steget i produktionen av halvledaranordningar. Under detta steg täcks halvledarblocket i ett paket som skyddar IC från potentiellt skadliga yttre element och de korrosiva effekterna av ålder. Paketet är i huvudsak ett fodral som är utformat för att skydda blocket och även för att främja de elektriska kontakterna som levererar signaler till kretskortet på en elektronisk enhet.

IC förpackningsteknik har utvecklats sedan 1970-talet när ball grid array (BGA) paket först kom i bruk bland Elektronik förpackningstillverkare. I början av det 21: a århundradet förmörkade nyare alternativ i paketteknologier pin grid array-paket, nämligen Plastic quad flat pack och thin small outline package. Som noughties fortskred, tillverkare som Intel inledde en tid präglad av land grid array paket.

under tiden har flip-chip ball grid arrays (Fcbga), som rymmer fler stiftantal än andra pakettyper, ersatt BGA. FCBGA innehåller ingångs-och utsignaler över hela formen, i motsats till bara kanterna.

IC-pakettyper

det finns olika sätt att kategorisera IC-förpackningsdesigner baserat på bildning. Som sådan finns det två typer av IC-paket: blyramtypen och substrattypen.

Vad heter IC-paket?

utöver den grundläggande strukturella definitionen av ett IC-paket skiljer ytterligare kategorier sekundära typer av sammankoppling. Ytterligare information om de olika kategorierna av IC-paket finns nedan:

• Pin-grid array: dessa är för socketing.
• Lead-frame och dual-inline-paket: dessa paket är för sammansättningar där stiften går igenom hål.
• Chip skala paket: ett chip skala paketet är en enda dö, direkt yta monterbar paket, med ett område som är mindre än 1,2 gånger området för munstycket.
• Quad flat pack: ett blyrampaket av sorten leadless.
• Quad flat no-lead: ett litet paket, storleken på ett chip, som används för ytmontering.
• multichip paket: Multichip paket, eller multichip moduler, integrera flera IC, diskreta komponenter och halvledare dör på ett substrat, vilket gör det så multichip paketet liknar en större IC.
• Area array package: dessa paket erbjuder maximal prestanda samtidigt som de sparar utrymme genom att tillåta att någon del av chipets yta används för sammankoppling.

det är viktigt att notera att många företag använder area array-paket. Det främsta exemplet i detta avseende är BGA-paketet, som finns i olika format, inklusive de små chipskalpaketen — ibland kallade QFN — paket-och större paket. BGA-konstruktion innebär ett organiskt substrat, och dess bästa tillämpning är i multichipstrukturer. Multichip-moduler och paket är de ledande alternativen till lösningar som använder ett system-on-chip-format. Andra alternativ inkluderar tvåstegs-och dubbelytans sammankopplingspaket.

dessutom har en kategori för wafer IC-montering, känd som wafer-level packaging (WLP), fångats på i branschspråk. I skivnivåpaket sker konstruktionen på skivans ansikte, vilket skapar ett paket storleken på ett flipchip. Ett annat wafernivåpaket är fan-out wafer-level packaging (FOWLP), som är en mer avancerad version av konventionella WLP-lösningar. Till skillnad från en WLP där skivan är tärnad efter att de yttre skikten av förpackningen är fästa, förekommer FOWLP wafer dicing först.

IC-Designöverväganden

att välja rätt IC-paket för dina applikationer börjar med att veta teknisk information om det breda utbudet av designöverväganden som går till att producera IC-paket. Till exempel vill du vara medveten om rätt materialkompositioner och substrat för ditt IC-paket. Det är också viktigt att veta skillnaden mellan styva och tejpförpackningsunderlag. Många företag överväger också att använda laminat som alternativ till blyramar och välja substrat som fungerar bra med metallledare.

Läs mer om några av de bästa designövervägandena nedan.

Materialkomposition

prestanda för ett IC-paket beror till stor del på dess kemiska, elektriska och materiella smink. Trots deras funktionella skillnader är blyram-och laminatpaket båda starkt beroende av materialkomposition. Bly-ram paket, den rådande format, använda silver eller guld tråd-bond finish, fäst med en spot-plätering metod. Det gör processen enklare och billigare.

på keramiska förpackningar är Legering 42 en allmänt använd metalltyp eftersom den fungerar med det underliggande materialet. På plastförpackningar är kopparledningsramen att föredra eftersom den skyddar lödfogen och erbjuder ledningsförmåga. På grund av politik i vissa områden, materialet är också en av de kritiska faktorerna på ytmonterade plastförpackningar.

på grund av revideringar i europeiska standarder har blyfinishen varit en fråga om intensiv granskning på nästa nivå förpackningsenhet. Syftet har varit att hitta livskraftiga ersättare för tenn – bly lod, som lätt tillämpas och har varit en longtime stapelvara i hela branschen. Tillverkarna har dock ännu inte förenat sig kring en enda lösning, delvis på grund av den utbredda konkurrensen mellan leverantörer. Huvudfrågan är osannolikt att lösa sig själv under en tid framöver.

alternativ till Blyramar

från och med slutet av 1970-talet framkom laminat som ett alternativ till blyramar i chip-to-board-enheter. Idag är laminat utbrett i hela IC-förpackningslösningsindustrin på grund av deras relativa kostnadseffektivitet jämfört med keramiska substrat. De mest populära laminaten är de organiska högtemperaturtyperna, som ger överlägsna elektriska egenskaper och är också billigare.

tillämpliga substrat

mitt i ökningen av populariteten hos halvledarpaket har det också varit en ökad efterfrågan på tillämpliga substrat och interposers. Ett substrat är den del av ett IC-paket som ger kortet sin mekaniska styrka och gör det möjligt att ansluta till externa enheter. Interposer möjliggör anslutningsdirigering i paketet. I vissa fall är orden “substrat” och “interposer” utbytbara.

skillnad mellan styva och Tejpförpackningsunderlag

Förpackningsunderlag finns i styva och tejpvarianter. Styva substrat är fasta och definierade i sin form, medan tejpsubstrat är smala och flexibla. I början av IC tillverkning, substrat bestod av keramiskt material. Idag är de flesta substrat gjorda av organiskt material.

om ett substrat består av flera tunna skikt staplade för att bilda ett styvt substrat, är det känt som ett laminatsubstrat. Två av de vanligaste laminatsubstraten i IC-tillverkning är FR4 och bismaleimid-triazin (BT). Den förstnämnda består av epoxi, medan den senare är ett högkvalitativt hartsmaterial.

delvis på grund av dess isoleringskvaliteter och låg dielektrisk konstant har BT-harts uppstått i IC-industrin som ett av de gynnade laminatmaterialen. På BGAs är BT den vanligaste av alla substrat. BT har också blivit den gynnade harts för chip skala paket (CSP) laminat. Samtidigt tillverkar konkurrenter runt om i världen nya epoxi-och epoxiblandningsalternativ, vilket hotar att ge BT en körning för sina pengar, eventuellt sänka priserna totalt sett när marknaden blir mer konkurrenskraftig under de kommande åren.

som ett alternativ till styva substrat är tejpsubstrat mestadels gjorda av polyimid och andra typer av temperaturtoleranta, hållbara material. Fördelen med bandsubstrat är deras förmåga att samtidigt flytta och bära kretsar, vilket gör bandsubstrat till det föredragna valet i hårddiskar och andra enheter som bär kretsar mitt i snabb, konstant rörelse. Den andra största fördelen med tejpsubstrat är deras låga vikt, vilket innebär att de inte lägger till den minsta dimensionen av tyngd på en applicerad yta.

substrat för att hjälpa metallledare

IC-paket måste också levereras med metallledare som kan leda signaler till olika sammankopplingsfunktioner. Därför är det viktigt för substrat att underlätta denna process. Substrat dirigerar ingångs-och utgångssignalerna för ett chip till andra funktioner på ett system i paket. Placeringen av folie, typiskt koppar, som är bunden till laminaten i substratet uppnår metallkonduktiviteten. Immersionslager av guld och nickel appliceras ofta som ytbehandlingar över koppar för att förhindra interdiffusion och oxidation.

Vad är den vanligaste typen av IC-paket?

Lead frames är de vanligaste IC-paketen. Du skulle använda dessa paket för trådbindningsanslutna dörrar, med en silver-eller guldpläterad yta. För ytmonterade plastförpackningar använder tillverkare ofta kopparblyrammaterial. Koppar är mycket ledande och extremt kompatibel, så det kan vara fördelaktigt för detta ändamål.

alternativa IC-Paketmaterial och metoder för montering

många tillverkare försöker flytta sig bort från faktiska blyfinish blyram IC-paket, men de har varit i så frekvent användning så länge att det är en svår övergång för vissa. De vanligaste paketen inkluderar följande:

• dubbla inline-paket: ett dubbelt inline-paket består av två rader elektriska stift längs de horisontella kanterna på ett rektangulärt IC-stycke. Ett dubbelt inline-paket monteras på ett kretskort med antingen ett genomgående hål eller ett uttag.
• små konturpaket: ett tunt litet konturpaket (TSOP) är en IC-komponent som består av en rektangulär form med små stift längs de horisontella kanterna. TSOPs är vanliga på ICs som driver RAM och flashminne.
• Quad platt paket: En quad flat package (QFP) är en platt, kvadratisk IC-komponent med ledningar längs var och en av de fyra kanterna. QFPs kan inte monteras genom hål och uttag är sällan tillgängliga för paket av denna typ. QFP: er kan ha så få som 32 stift eller så många som 304 stift, beroende på tonhöjdsområdet. Varianter av QFP inkluderar Lågprofil och tunn. Japanska elektroniktillverkare använde först QFP under 1970-talet, även om pakettypen inte skulle få dragkraft i Nordamerika och Europa förrän i början av 90-talet.
• Ball grid arrays: En BGA är ett chipbärande ytmonterat paket som vanligtvis ses i datorutrustning. Till skillnad från andra IC-paket, där endast omkretsen kan ansluta, kan hela bottenytan monteras på en BGA. På grund av de kortare kulanslutningarna erbjuder BGAs några av de högsta hastigheterna för alla IC-paket. BGA är vanliga på RAM-pinnar och USB-kort, inklusive RAM och högtalarkort. Lödningsprocessen på en BGA kräver precision.

Substratpaket, såsom keramikbaserade paket, kommer att kräva en legering som liknar termisk expansionskoefficient (CTE) till keramik, som Iconel eller Legering 42. I formfästningsprocessen binder vi munstycket till substratet med speciella formfästmaterial, som vi kan använda i uppåtvänd trådbindningsenhet. Det är viktigt att undvika luckor i det bifogade materialet, eftersom dessa kan leda till heta fläckar. Bra formfästmaterial är elektriskt och termiskt ledande, vilket gör det idealiskt för substratpaket.

du skulle använda laminat istället om du behöver högre prestanda eller har att göra med höga i/O-räkningar. Laminatpaket är ett utmärkt billigt alternativ till keramiska substrat och har också en lägre dielektrisk konstant.

Vad Är Die-Attach Material?

IC-paketet har två primära funktioner. Den första är att skydda munstycket från skador som yttre faktorer kan orsaka. Den andra är att omfördela ingången och utgången till en hanterbar fin tonhöjd. Dessutom tillhandahåller paketet en standardiserad struktur som styr den termiska vägen ordentligt, bort från den staplade formen. Sammantaget är strukturen bättre lämpad för elektriska tester och mer motståndskraftig mot fel.

Die-attach material är antingen flytande eller filmmaterial som tillverkare design för att undvika utgasning, vilket kan försämra kvaliteten på trådbindningen. Dessa material fungerar också som en spänningsbuffert, så munstycket spricker inte om CTE inte riktigt matchar substratet.

det finns olika metoder för att applicera die-fäst material, av vilka några är mer komplicerade än andra. För de flesta användningar appliceras die-attach på aggregat där trådbindningen är på ytan av ytan. I alla fall är die-fästmaterial termiskt ledande. På vissa enheter ger die-attach också elektrisk ledningsförmåga. För att förhindra att fläckar blir för heta tillsammans med munstycket försöker tillverkarna i allmänhet förhindra tomrum i materialet. Die-fäst material, både vätska och film, motstå utgasning och skydda dör från skador.

Trådbindningsmonteringstyper

Trådbindningsenheter finns i tre format:

• Termokompressionsbindning
• Thermosonic ball bonding
• rumstemperatur ultraljud wedge bonding

trådbindningsenheten du väljer kommer med olika monteringsfunktioner. Trådbindning använder vanligtvis guldtråd, även om du kan använda koppartråd istället om du har en kväverik monteringsmiljö. Kilbindning med aluminiumtråd kan vara ett ekonomiskt alternativ.

Ultraljudsbindning börjar med en trådmatning genom ett hål i ytan på en komponentenhet. Processen innefattar en form och substratbindning.

Termosonisk bindning är en process som används för att ansluta kisel Ic till datorer. Processen monterar komponenterna i centrala bearbetningsenheter, som integrerar kretsar av persondatorer och bärbara datorer.

Termosoniska bindningar består av termiska, mekaniska och ultraljudsenergier. Maskinerna som utför denna process innehåller givare, som omvandlar elektrisk energi till piezoelektricitet.

Termokompressionsbindning är en metod som förenar två metaller genom en blandning av kraft och värme. Metoden kallas växelvis waferbindning, diffusionsbindning, solid state-svetsning och tryckfogning. Termokompressionsbindning skyddar elektriska strukturer och enhetspaket före ytmontering. Metoden innefattar diffusion av ytan och korngränsen.

Encapsulants

Encapsulants är den sista delen av IC-paketet och tjänar till att skydda ledaren och ledningarna från miljö-och fysiska skador. De kan tillverkas av epoxi-eller epoxiblandningar, silikon, polyimid eller antingen lösningsmedelsbaserad eller rumstemperatur vulkaniserbar. Resten av komponenterna du väljer beror på de specifika behoven hos dina integrerade kretsar och dina applikationer.

tryckta kretskort kan vara sårbara för elektrostatiskt damm i industri-och fordonsmiljöer. För att skydda de mekaniska egenskaperna hos PCB använder tillverkare nu inkapslingshartser.

som en skyddande barriär är Krukväxter och inkapslare mycket effektiva för att förhindra att damm och andra atmosfäriska element skadar PCB: s mekanismer. Med tillräckliga hartser kan inkapslingsmedel skydda PCB från spänningar av vibrationer, stötar och yttre element. För att applikationen ska fungera effektivt måste hartser testas för deras lämplighet i olika potentiella arbetsmiljöer. Enheternas funktionalitet i dessa inställningar bör också utvärderas.

som ett alternativ till potting och inkapslingshartser använder vissa tillverkare konforma beläggningar som passar formen på varje bräda och erbjuder styrka och hållbarhet utan att påverka vikten eller dimensionerna på en PCB. Beläggningar testas vanligtvis i normala atmosfäriska inställningar. Varje test placerar effekten av en given beläggning på de elektriska och mekaniska egenskaperna hos en PCB som undersöks.

Inkapslingsmaterial finns i tre grundläggande sorter. Det primära materialet är epoxi, antingen ren eller blandad. Epoxier består av organiska hartser och är i allmänhet överkomliga, därmed deras popularitet bland tillverkare. Ett annat utbrett material som används i inkapslade IC-chips är silikon, som inte är kolbaserat och därför inte ett organiskt harts. Silikonhartser är i allmänhet lösningsmedelsbaserade. Alternativt är vissa hartser rumstemperaturvulkaniserbara, och kontakt med fukt kan bota dem. Silikoner är populära på grund av sin flexibilitet i både varma och kalla inställningar.

Potting och inkapslingshartser finns i flera olika formuleringar, liksom konforma beläggningar. Varje formulering är balanserad för ett specifikt område av atmosfäriska förhållanden. Genom testning kan tillverkare bestämma vilka formuleringar som passar bäst för vissa miljöer. I en normal situation kommer de flesta typer av hartser och beläggningar att erbjuda tillräckligt skydd för en PCB. I hårdare inställningar kräver en bräda i allmänhet en kappa med speciellt material, såsom akryl. Om kretskortet är avsett att användas i nedsänkt miljö är extrahållfasta lager bland de mest lämpliga alternativen.

hartser av silikon ger optimal PCB-prestanda i en rad olika miljöer. För PCB-mönster är silikon i allmänhet att föredra framför polyuretan eller epoxi. Mellan de två sista är polyuretan det mer tillförlitliga materialet i olika inställningar. Polyuretanhartser kan vara effektiva i marina miljöer som skydd vid nedsänkning av saltvatten.

förstå IC förpackningar

för att hålla på toppen av marknaden, är det viktigt att hålla jämna steg med trender i IC förpackningar. På så sätt kan du förbli konkurrenskraftig och göra rätt investeringar på ic-förpackningsmaterialmarknaden. Olika marknadssegment påverkar priset, populariteten och tillgängligheten av förpackningsmaterial. Dessutom kan trender i regional skala påverka om förpackningsmaterial ökar och minskar i användning i vissa hörn av världen.

för nyheter, statistik och information om trender på IC-marknaden bör berörda parter läsa Marknadsrapporten för halvledare och IC-förpackningsmaterial, som bryter ner saker efter kategorier och applikationer, allt inom ramen för IC-industrin. Experter inom branschen använder design data management för att samla in och granska information om designlösningar, var och en ger sina insikter till bordet som tillverkare, leverantörer och återförsäljare och ger en fullständig bild från hela värdenätet.

när som helst kan plötsliga, oväntade händelser påverka marknaden, inklusive naturkatastrofer, klimatförändringar, politiska omvälvningar, störande teknik och kulturella förändringar. Som en intresserad part på ic-fronten kräver du att du känner igen trender när det gäller produktion, leverans, export, import, prissättning, integritetsanalys och övergripande tillväxttakt för förpackningsmaterial och undersöker dem regelbundet så att du kan planera, budgetera i enlighet därmed och skydda dina intäkter.

IC-förpackningar från Millennium Circuits

som du kan se finns det många element i IC — förpackningar för elektroniska system, och som en aktör inom elektronikindustrin är det viktigt att förstå dem och hålla sig ajour med ny utveckling inom avancerad förpackning-särskilt när det gäller hur de påverkar dina komponenter när det gäller prestandakrav. Vissa aspekter av IC-förpackningar kommer förmodligen att förbli relativt stabila under de kommande åren, medan andra kan förändras avsevärt, och du vill hålla dig före spelet. Att veta var förändringar sannolikt kommer att göra det möjligt för dig att reagera på dem bättre.

om du har några frågor om de olika typerna av IC-förpackningar eller något relaterat till kretsar eller tryckta kretskort, kontakta experterna på Millennium Circuits nu. Vi är oerhört stolta över att hjälpa våra kunder att ha en fullständig förståelse för elektroniken vi arbetar med. Vi ger dig gärna den design-och verifieringsinformation du behöver så att du kan fatta de bästa besluten om elektroniska komponenter för ditt företag.