 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( сентябрь 2011 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон ) |
Пакет полупроводника представляет собой металл, пластик, стекло, или керамический корпус , содержащий один или более дискретные полупроводниковые приборы или интегральные схемы . Отдельные компоненты изготавливаются на полупроводниковых пластинах (обычно кремний ) перед тем, как их разрезать на кристаллы, протестировать и упаковать. В корпусе предусмотрены средства для подключения к внешней среде, такой как печатная плата , с помощью выводов, таких как площадки, шарики или штифты; и защита от таких угроз, как механическое воздействие, химическое загрязнение и воздействие света. Кроме того, он помогает рассеивать тепло, выделяемое устройством, с помощью теплораспределителя или без него.. Используются тысячи типов пакетов. Некоторые из них определены международными, национальными или отраслевыми стандартами, а другие относятся к конкретному производителю.
Функции пакета [ править ]
Полупроводниковый корпус может иметь всего два вывода или контакта для таких устройств, как диоды, или, в случае современных микропроцессоров , корпус может иметь сотни соединений. Очень маленькие упаковки могут поддерживаться только их проволочными выводами. Более крупные устройства, предназначенные для приложений с высокой мощностью, устанавливаются в теплоотводы тщательно спроектированной конструкции, так что они могут рассеивать сотни или тысячи ватт отработанного тепла .
Помимо обеспечения соединений с полупроводником и утилизации отработанного тепла, полупроводниковый корпус должен защищать «микросхему» от окружающей среды, особенно от проникновения влаги. Посторонние частицы или продукты коррозии внутри упаковки могут ухудшить работу устройства или вызвать его выход из строя. [1] Герметичная упаковка практически не допускает газообмена с окружающей средой; для такой конструкции требуются стеклянные, керамические или металлические корпуса.
Код даты [ править ]
Производители обычно печатают - используя чернила или лазерную маркировку - логотип производителя и номер детали производителя на упаковке, чтобы облегчить различение множества различных и несовместимых устройств, упакованных в относительно небольшое количество видов упаковок. Маркировка часто включает 4-значный код даты, часто представленный как YYWW, где YY заменяется двумя последними цифрами календарного года, а WW заменяется двузначным номером недели . [2] [3]
Ведет [ править ]
Для соединения между интегральной схемой и выводами корпуса используются проволочные соединения с тонкими проводами, соединенными от выводов корпуса и прикрепленными к проводящим площадкам на полупроводниковом кристалле. С внешней стороны корпуса провода можно припаять к печатной плате или использовать для крепления устройства к бирке. Современные устройства для поверхностного монтажа устраняют большинство просверленных отверстий в печатных платах и имеют короткие металлические выводы или контактные площадки на корпусе, которые можно закрепить пайкой оплавлением в печи. В аэрокосмических устройствах в плоских корпусах могут использоваться плоские металлические выводы, прикрепленные к печатной плате точечной сваркой , хотя такой тип конструкции сейчас не является обычным.
Сокеты [ править ]
Ранние полупроводниковые устройства часто вставлялись в розетки, например, электронные лампы . По мере того, как устройства совершенствовались, в конечном итоге для обеспечения надежности разъемы оказались ненужными, и устройства были непосредственно припаяны к печатным платам. Корпус должен выдерживать высокие температурные градиенты пайки без нагрузки на полупроводниковый кристалл или его выводы.
Разъемы по-прежнему используются для экспериментальных, прототипных или образовательных приложений, для тестирования устройств, для дорогостоящих микросхем, таких как микропроцессоры, где замена еще более экономична, чем выброс продукта, а также для приложений, в которых микросхема содержит встроенное ПО или уникальные данные, которые заменяться или обновляться в течение срока службы продукта. Устройства с сотнями выводов можно вставлять в гнезда с нулевым усилием вставки , которые также используются в тестовом оборудовании или программаторах устройств.
Материалы упаковки [ править ]
Многие устройства отлиты из эпоксидной пластмассы, которая обеспечивает адекватную защиту полупроводниковых устройств и механическую прочность для поддержки выводов и обращения с корпусом. В некоторых устройствах, предназначенных для высоконадежных или аэрокосмических или радиационных сред, используются керамические корпуса с металлическими крышками, которые припаиваются после сборки, или уплотнение из стеклянной фритты . Цельнометаллические корпуса часто используются с устройствами большой мощности (несколько ватт и более), поскольку они хорошо проводят тепло и позволяют легко установить теплоотвод. Часто корпус образует один контакт для полупроводникового прибора. Свинцовые материалы должны выбираться с коэффициентом теплового расширения, соответствующим материалу корпуса.
Очень немногие ранние полупроводники были упакованы в миниатюрные вакуумированные стеклянные конверты, похожие на лампочки для фонарей; такая дорогая упаковка стала устаревшей, когда стали доступны пассивация поверхности и улучшенные технологии производства. [1] Стеклянные корпуса по-прежнему широко используются с диодами , а стеклянные уплотнения используются в металлических корпусах транзисторов.
Материалы упаковки для динамической памяти высокой плотности должны быть выбраны с учетом низкого радиационного фона; одиночная альфа-частица, испускаемая материалом упаковки, может вызвать нарушение единичного события и временные ошибки памяти ( мягкие ошибки ).
В космических полетах и военном применении традиционно использовались герметичные микросхемы (HPM). Однако большинство современных интегральных схем доступны только в виде микросхем в пластиковом корпусе (PEM). Для космических полетов можно использовать надлежащие методы изготовления с использованием должным образом квалифицированных ПЭМ. [4]
Гибридные интегральные схемы [ править ]
Несколько полупроводниковых кристаллов и дискретных компонентов могут быть собраны на керамической подложке и соединены между собой проволочными связями. Подложка имеет выводы для подключения к внешней цепи, и вся она покрыта приварной крышкой или крышкой из фритты. Такие устройства используются, когда требования превышают характеристики (тепловыделение, шум, номинальное напряжение, ток утечки или другие свойства), доступные в интегральной схеме с одним кристаллом, или для смешивания аналоговых и цифровых функций в одном корпусе. Такие корпуса относительно дороги в производстве, но обеспечивают большинство других преимуществ интегральных схем.
Современным примером корпусов многокристальных интегральных схем могут быть определенные модели микропроцессоров, которые могут включать в себя отдельные матрицы для таких вещей, как кэш-память, в одном корпусе. В методе, называемом перевернутым кристаллом , матрицы цифровых интегральных схем переворачиваются и припаиваются к держателю модуля для сборки в большие системы. [5] Этот метод был применен IBM в своих компьютерах System / 360 . [6]
Специальные пакеты [ править ]
Пакеты полупроводников могут включать специальные функции. Светоизлучающие или светочувствительные устройства должны иметь в упаковке прозрачное окошко; другие устройства, такие как транзисторы, могут испытывать помехи из-за рассеянного света и требуют непрозрачной упаковки. [1] ультрафиолетовая стираемая программируемая память только для чтения устройство нуждается в кварцевое окне , чтобы позволить ультрафиолетовому свету , чтобы войти и стереть память. Интегральным схемам, чувствительным к давлению, требуется порт на корпусе, который может быть подключен к источнику давления газа или жидкости.
Корпуса для СВЧ- устройств имеют минимальные паразитные индуктивности и емкость на выводах. Устройства с очень высоким импедансом и сверхмалым током утечки требуют корпусов, которые не пропускают паразитный ток , а также могут иметь защитные кольца вокруг входных клемм. Специальные изолирующие устройства-усилители включают высоковольтные изолирующие перегородки между входом и выходом, позволяющие подключаться к цепям, находящимся под напряжением 1 кВ или более.
В самых первых точечных транзисторах использовались корпуса в виде металлических картриджей с отверстием, которое позволяло регулировать вискер, используемый для контакта с кристаллом германия ; такие устройства были распространены лишь короткое время, так как были разработаны более надежные и менее трудоемкие типы. [1]
Стандарты [ править ]
Как и в случае с электронными лампами , стандарты на корпусы полупроводников могут быть определены национальными или международными отраслевыми ассоциациями, такими как JEDEC , Pro Electron или EIAJ , или могут быть собственностью одного производителя.
Различные дискретные сквозные компоненты
Микропроцессор в керамическом корпусе с двойным расположением выводов и 48 контактами.
Пример кремниевой пластины; отдельные устройства нельзя использовать, пока они не упакованы
Пластиковый двухрядный корпус, содержащий аналоговую интегральную схему, которая может быть установлена в розетку или непосредственно припаяна к печатной плате.
Слаботочный тиристор и устройство большой мощности с резьбовой шпилькой для крепления к радиатору и гибким проводом; такие пакеты используются для устройств на сотни ампер.
См. Также [ править ]
- Чип-носитель
- Золото-алюминиевый интерметаллид ( пурпурная чума )
- Упаковка интегральной схемы
- Список размеров корпуса интегральной схемы
- Технология IBM Solid Logic
- Технология поверхностного монтажа
- Технология сквозного отверстия
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d Ллойд Хантер (редактор), Справочник по полупроводниковой электронике , McGraw Hill, 1956, каталог Библиотеки Конгресса 56-6869, без ISBN, глава 9
- ^ Техасские инструменты. « Качество и бессвинцовые (Pb-free): Конвенция о маркировке ». Проверено 6 августа 2015 года.
- ^ Веб-музей старинных калькуляторов: Часто задаваемые вопросы: «Коды дат на электронных компонентах и печатных платах» . Проверено 23 апреля 2020.
- ^ Рональд К. Бурек, Johns Hopkins APL Technical Digest. « Твердотельные регистраторы данных NEAR ». 1998. Проверено 6 августа 2015 года.
- ^ Keyan Bennaceur, Nature.com. « Механический флип-чип для устройств со сверхвысокой подвижностью электронов ». 22 сентября 2015 г. 23 апреля 2015 г.
- ^ Майкл Пехт (редактор) Рекомендации по проектированию корпусов интегральных схем, гибридных и многокристальных модулей: акцент на надежности , Wiley-IEEE, 1994 ISBN 0-471-59446-6 , стр. 183
Внешние ссылки [ править ]
- Музей транзисторов - изображения исторических устройств
- Архив контуров транзисторов JEDEC
