 | Эта статья требует внимания специалиста в области электроники . ( Ноябрь 2012 г. ) |
В производстве электроники упаковка интегральной схемы является заключительным этапом изготовления полупроводникового устройства , на котором блок из полупроводникового материала помещается в поддерживающий корпус, предотвращающий физическое повреждение и коррозию. Корпус, известный как « упаковка », поддерживает электрические контакты, которые соединяют устройство с печатной платой.
В индустрии интегральных схем этот процесс часто называют упаковкой. Другие названия включают сборку, сборку, инкапсуляцию или герметизацию полупроводникового прибора.
За этапом упаковки следует тестирование интегральной схемы.
Этот термин иногда путают с электронной упаковкой , которая представляет собой монтаж и соединение интегральных схем (и других компонентов) на печатных платах .
Соображения по дизайну [ править ]
Электрооборудование [ править ]
Токопроводящие дорожки, выходящие из кристалла, через корпус и в печатную плату (PCB), имеют очень разные электрические свойства по сравнению с сигналами на кристалле. Они требуют специальных методов проектирования и требуют гораздо больше электроэнергии, чем сигналы, поступающие в сам чип. Поэтому важно, чтобы материалы, используемые в качестве электрических контактов, обладали такими характеристиками, как низкое сопротивление, малая емкость и малая индуктивность. [1] И структура, и материалы должны отдавать приоритет свойствам передачи сигнала, сводя к минимуму любые паразитные элементы, которые могут отрицательно повлиять на сигнал.
Контроль этих характеристик становится все более важным, поскольку остальная технология начинает ускоряться. Задержки при упаковке могут составить почти половину задержки высокопроизводительного компьютера, и ожидается, что это узкое место в скорости будет увеличиваться. [1]
Механические и тепловые [ править ]
Корпус интегральной схемы должен противостоять физическому разрушению, не допускать попадания влаги, а также обеспечивать эффективное рассеивание тепла от микросхемы. Он также должен соединять чип с печатной платой . [1] Материал корпуса - пластик ( термореактивный или термопласт ) или керамика. Оба материала обладают приемлемой механической прочностью, влаго- и термостойкостью. Для некоторых устройств керамические корпуса необходимы из-за прочности, количества выводов, рассеивания тепла или по другим причинам, но керамические корпуса дороже, чем аналогичные пластиковые корпуса. [2]
Некоторые корпуса имеют металлические ребра для улучшения теплопередачи, но они занимают место. Более крупные корпуса также позволяют использовать больше соединительных контактов. [1]
Экономический [ править ]
Стоимость является фактором при выборе корпуса интегральной схемы. Как правило, недорогой пластиковый корпус может рассеивать до 2 Вт тепла, что достаточно для многих простых приложений, хотя аналогичный керамический корпус может рассеивать до 50 Вт при том же сценарии. [1] По мере того, как чипы внутри упаковки становятся меньше и быстрее, они также становятся горячее. По мере последующего увеличения потребности в более эффективном отводе тепла вместе с этим возрастает и стоимость упаковки. Как правило, чем меньше и сложнее должна быть упаковка, тем дороже ее производство. [2]
История [ править ]
Самые ранние интегральные схемы были упакованы в керамические плоские корпуса , которые военные использовали в течение многих лет из-за их надежности и небольших размеров. [3] Другой тип упаковки, использовавшийся в 1970-х годах, назывался ICP (Integrated Circuit Package), был керамическим корпусом (иногда круглым, как корпус транзистора), с проводниками на одной стороне, коаксиально с осью корпуса.
Коммерческая упаковка схем быстро перешла на двухрядную установку (DIP), сначала из керамики, а затем из пластика. [4] В 1980-х годах количество выводов СБИС превысило практический предел для корпусов DIP, что привело к корпусам с матрицами выводов (PGA) и безвыводными держателями микросхем (LCC). [5] Корпуса для поверхностного монтажа появились в начале 1980-х и стали популярными в конце 1980-х, с использованием более мелкого шага выводов с выводами в форме крыла чайки или J-образных выводов, примером чего является интегральная схема с малым контуром - носитель, который занимает площадь примерно на 30-50% меньше, чем у эквивалентного DIP , с типичной толщиной на 70% меньше. [5]
Следующим большим нововведением стал пакет с массивом площадей , в котором соединительные клеммы размещаются по всей площади корпуса, обеспечивая большее количество соединений, чем в предыдущих типах корпусов, где используется только внешний периметр. Первым пакетом с массивом площадей был керамический корпус с решеткой из штырей . [1] Вскоре после этого пластиковая сетка с шариками (BGA), другой тип корпуса с массивом площадей, стала одним из наиболее часто используемых методов упаковки. [6]
В конце 1990-х годов пластиковый квадратный плоский корпус (PQFP) и тонкий корпус с малым контуром (TSOP) заменили корпуса PGA как наиболее распространенные для устройств с большим количеством выводов [1], хотя корпуса PGA все еще часто используются для микропроцессоров . Однако лидеры отрасли Intel и AMD в 2000-х годах перешли от пакетов PGA к пакетам наземных сетей (LGA). [7]
Массив Болл сетки существовали (BGA) пакеты с 1970 года , но превратилась в флип-чип массива мяч сетку (FCBGA) пакетов в 1990 - е годы. Пакеты FCBGA допускают гораздо большее количество выводов, чем любые существующие типы корпусов. В корпусе FCBGA кристалл устанавливается в перевернутом виде (перевернутым) и подключается к шарикам корпуса через подложку, которая похожа на печатную плату, а не с помощью проводов. Пакеты FCBGA позволяют распределить массив сигналов ввода-вывода (называемый Area-I / O) по всему кристаллу, а не ограничиваться периферией кристалла. [8]
Следы, выходящие из кристалла, через корпус и в печатную плату, имеют очень разные электрические свойства по сравнению с сигналами на кристалле. Они требуют специальных методов проектирования и требуют гораздо больше электроэнергии, чем сигналы, поступающие в сам чип.
Последние разработки заключаются в наложении нескольких кристаллов в один пакет, который называется SiP ( System In Package) или трехмерная интегральная схема . Объединение нескольких матриц на небольшой подложке, часто керамической, называется MCM или многочиповым модулем . Граница между большим MCM и маленькой печатной платой иногда размыта. [9]
Общие типы пакетов [ править ]
- Технология сквозного отверстия
- Технология поверхностного монтажа
- Чип-носитель
- Пин-сетка
- Плоский пакет
- Интегральная схема небольшого размера
- Чип-масштабный пакет
- Массив сетки мячей
- Пакеты ИС для транзисторов, диодов, малых выводов
- Мультичиповые пакеты
Операции [ править ]
Die крепления представляет собой этап , в течение которого головка установлена и закреплена на корпусе или опорной конструкции (заголовка). [10] Для приложений с высокой мощностью кристалл обычно эвтектически прикрепляется к корпусу с использованием, например, припоя золото-олово или золото-кремний (для хорошей теплопроводности ). Для недорогих приложений с низким энергопотреблением кристалл часто приклеивается непосредственно к подложке (например, печатной монтажной плате ) с помощью эпоксидного клея .
Следующие операции выполняются на этапе упаковки с разбивкой на этапы склеивания, инкапсуляции и склеивания пластин. Обратите внимание, что этот список не является исчерпывающим, и не все эти операции выполняются для каждого пакета, так как процесс сильно зависит от типа пакета .
- Соединение IC
- Склеивание проводов
- Термозвуковое соединение
- Склеивание вниз
- Ленточно-автоматизированное склеивание
- Перевернуть чип
- Лоскутная упаковка
- Склеивание язычков
- Прикрепление пленки
- Крепление проставки
- Инкапсуляция IC
- Выпечка
- Покрытие
- Лазерная маркировка
- Обрезка и форма
- Склеивание пластин
См. Также [ править ]
- Список типов корпусов интегральных схем
- Перечень размеров корпуса электроники
- B-стадия
- Заливка (электроника)
- Лоскутная упаковка
- Электронная упаковка
- Обезглавливание
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d e f g Rabaey, январь (2007). Цифровые интегральные схемы (2-е изд.). Prentice Hall, Inc. ISBN 978-0130909961.
- ^ a b Грейг, Уильям (2007). Интегральная микросхема, сборка и соединения . Springer Science & Business Media. ISBN 9780387339139.
- ^ «Качественная поддержка» . www.ametek-ecp.com . Проверено 30 марта 2016 .
- ^ Dummer, GWA (1978). Электронные изобретения и открытия (2-е изд.) . Pergamon Press. ISBN 0-08-022730-9.
- ^ Б Бэйкер Р.Яков (2010). CMOS: схемотехника, компоновка и моделирование, третье издание . Wiley-IEEE. ISBN 978-0-470-88132-3.
- ^ Кен Gilleo (2003). Процессы упаковки массивов областей для BGA, Flip Chip и CSP . McGraw-Hill Professional . п. 251. ISBN. 0-07-142829-1.
- ^ "Технология сокетов и корпусов наземных сетей (LGA)" (PDF) . Intel . Проверено 7 апреля 2016 года .
- ↑ Райли, Джордж (30 января 2009 г.). «Flipchips: Учебник №1» . Архивировано 30 января 2009 года . Проверено 7 апреля 2016 .CS1 maint: unfit URL (link)
- ^ Р. Уэйн Джонсон, Марк Стрикленд и Дэвид Герке, Программа НАСА по электронным деталям и упаковке. « 3-D Packaging: A Technology Review. » 23 июня 2005 г. Дата обращения 31 июля 2015 г.
- ^ LW Turner (редактор), Справочник инженеров-электронщиков , Newnes-Butterworth, 1976, ISBN 0-408-00168-2 , страницы с 11-34 по 11-37
Внешние ссылки [ править ]
- ivf.se - Исследование технических характеристик различных систем упаковки и межсоединений согласно нормативам Nordic Electronics Packaging Guideline.
