Balení integrovaných obvodů - Integrated circuit packaging

Tento článek je o konečné fázi výrobního procesu integrovaných obvodů. Článek o fyzickém krytu, který obklopuje integrované obvody, viz Polovodičové pouzdro.

Průřez a duální in-line balíček. V tomto typu balíčku je malý polovodičová matrice, s mikroskopickými dráty připevňujícími matrici k olověné rámy, umožňující elektrické připojení k a PCB.
Dual in-line (DIP) páska s kovovým olověným rámečkem a kontakty

Ve výrobě elektroniky balení integrovaných obvodů je konečná fáze výroba polovodičových součástek, ve kterém blok polovodičového materiálu je zapouzdřen v nosném pouzdru, které zabraňuje fyzickému poškození a korozi. Případ známý jako „balík ", podporuje elektrické kontakty, které připojují zařízení k desce s obvody.

V integrovaný obvod průmyslu se tento proces často označuje jako balení. Jiná jména zahrnují montáž polovodičových součástek, montáž, zapouzdření nebo utěsnění.

Po fázi balení následuje testování integrovaného obvodu.

Termín je někdy zaměňován s elektronické balení, což je montáž a propojení integrovaných obvodů (a dalších komponent) na desky plošných spojů.

Úvahy o návrhu

Elektrický

Stopy nesoucí proud, které vyběhnou z matrice, skrz balíček a do tištěný spoj (PCB) mají velmi odlišné elektrické vlastnosti ve srovnání se signály na čipu. Vyžadují speciální konstrukční techniky a potřebují mnohem více elektrické energie než signály omezené na samotný čip. Proto je důležité, aby materiály použité jako elektrické kontakty vykazovaly vlastnosti, jako je nízký odpor, nízká kapacita a nízká indukčnost.[1] Struktura i materiály musí upřednostňovat vlastnosti přenosu signálu a zároveň minimalizovat jakékoli parazitické prvky které by mohly negativně ovlivnit signál.

Řízení těchto charakteristik je čím dál důležitější, protože se zbývající technologie začínají zrychlovat. Zpoždění balení má potenciál tvořit téměř polovinu zpoždění vysoce výkonného počítače a očekává se, že se tento problém s rychlostí zvýší.[1]

Mechanické a tepelné

Balíček integrovaných obvodů musí odolat fyzickému poškození, udržovat vlhkost a také zajistit efektivní odvod tepla z čipu. Musí také propojit čip s a PCB.[1] Materiály obalu jsou plastové (termoset nebo termoplast ) nebo keramika. Oba materiály nabízejí použitelnou mechanickou pevnost, odolnost proti vlhkosti a teplu. U některých zařízení jsou pro pevnost, počet pinů, odvod tepla nebo z jiných důvodů zapotřebí keramické obaly, ale keramické obaly jsou dražší než podobné plastové obaly.[2]

Některé balíčky mají kovové ploutve pro zvýšení přenosu tepla, ale ty zabírají místo. Větší balíčky také umožňují více propojovacích kolíků.[1]

Hospodářský

Cena je faktorem při výběru obalů integrovaných obvodů. Levný plastový obal může obvykle rozptylovat teplo až 2 W, což je dostatečné pro mnoho jednoduchých aplikací, i když podobné keramické balení může ve stejném scénáři rozptýlit až 50 W.[1] Jak se čipy uvnitř balíčku zmenšují a zrychlují, mají také tendenci se zahřívat. Se zvyšující se následnou potřebou účinnějšího odvodu tepla rostou spolu s tím i náklady na balení. Obecně platí, že čím menší a složitější balíček musí být, tím dražší je jeho výroba.[2]

Dějiny

Malý obrys integrovaného obvodu. Tento balíček má 16 „rackových“ vývodů vyčnívajících ze dvou dlouhých stran a rozteč vývodů 0,050 palce.

Nejdříve integrované obvody byly zabaleny keramické ploché balíčky, které armáda po mnoho let používala pro svou spolehlivost a malou velikost.[3] Druhým typem obalů používaných v 70. letech, nazývaným ICP (Integrated Circuit Package), byl keramický obal (někdy kulatý jako tranzistorový obal), s vodiči na jedné straně, souose s axiálem obalu.

Balení komerčních obvodů se rychle přesunulo do duální in-line balíček (DIP), nejprve v keramice a později v plastu.[4] V 80. letech VLSI počet pinů překročil praktický limit pro balení DIP, což vedlo k pole mřížky kolíků (PGA) a bezolovnatý nosič čipů (LCC) balíčky.[5] Pro povrchovou montáž obaly se objevily na začátku 80. let a staly se populárními na konci 80. let a používaly jemnější olověné hřiště s vodiči vytvořenými buď jako rackové nebo jako J-olověné, jak dokládá integrovaný obvod malého obrysu - dopravce, který zaujímá plochu přibližně o 30 - 50% menší než ekvivalent DIP, s typickou tloušťkou, která je o 70% menší.[5]

Časný integrovaný obvod vyrobený v SSSR. Malý blok polovodičového materiálu („matrice“) je uzavřen uvnitř kulatého kovového pouzdra („balíček“).

Další velkou inovací byla balíček oblastního pole, který umisťuje propojení terminály po celé ploše obalu, což poskytuje větší počet připojení než u předchozích typů balíčku, kde se používá pouze vnější obvod. První balíček plošných sad byl keramický pole mřížky kolíků balík.[1] Nedlouho poté plast pole s míčem (BGA), další typ balíčku plošného pole, se stal jednou z nejčastěji používaných technik balení.[6]

Na konci 90. let plastové čtvercové ploché balení (PQFP) a tenké malé obrysové balíčky (TSOP) nahradil PGA balíčky jako nejběžnější pro zařízení s vysokým počtem pinů,[1] ačkoli PGA balíčky jsou stále často používány pro mikroprocesory. Přední představitelé průmyslu Intel a AMD v 2000s převedeny z PGA balíčků na pole pozemní sítě (LGA) balíčky.[7]

Pole kulové mřížky Balíčky (BGA) existují od 70. let, ale v 90. letech se vyvinuly v balíčky flip-chip ball grid array (FCBGA). Balíčky FCBGA umožňují mnohem vyšší počet pinů než jakékoli stávající typy balíčků. V balíčku FCBGA je matrice namontována vzhůru nohama (převrácená) a připojuje se k balení kuliček prostřednictvím substrátu, který je podobný desce s plošnými spoji, spíše než dráty. Balíčky FCBGA umožňují, aby řada vstupně-výstupních signálů (nazývaných Area-I / O) byla distribuována po celé matrici, místo aby byla omezena na periferii matrice.[8]

Stopy z matrice, přes balíček a do tištěný spoj mají velmi odlišné elektrické vlastnosti ve srovnání se signály na čipu. Vyžadují speciální konstrukční techniky a potřebují mnohem více elektrické energie než signály omezené na samotný čip.

Nedávný vývoj spočívá ve skládání více matric do jednoho balíčku s názvem SiP, pro Systém v balení nebo trojrozměrný integrovaný obvod. Kombinování více matric na malém substrátu, často keramickém, se nazývá MCM, nebo Vícečipový modul. Hranice mezi velkým MCM a malou deskou plošných spojů je někdy rozmazaná.[9]

Běžné typy balíků

Hlavní článek: Seznam typů obalů integrovaných obvodů

Operace

Upevnění matrice je krok, během kterého je matrice namontována a připevněna k balík nebo podpůrná struktura (záhlaví).[10] U vysoce výkonných aplikací je matrice obvykle eutektický nalepené na obalu pomocí např. zlato-cín nebo zlato-křemík pájka (navždy vedení tepla ). U levných a nízkoenergetických aplikací se matrice často lepí přímo na podklad (například a deska s plošnými spoji ) pomocí epoxid lepidlo.

Následující operace se provádějí ve fázi balení, protože jsou rozděleny na kroky lepení, zapouzdření a oplatky. Všimněte si, že tento seznam není vyčerpávající a ne všechny tyto operace jsou prováděny pro každý balíček, protože proces je vysoce závislý na typ balíčku.

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E F G Rabaey, Jan (2007). Digitální integrované obvody (2. vyd.). Prentice Hall, Inc. ISBN  978-0130909961.
  2. ^ A b Greig, William (2007). Integrované obaly, montáž a propojení. Springer Science & Business Media. ISBN  9780387339139.
  3. ^ "Podpora kvality". www.ametek-ecp.com. Citováno 2016-03-30.
  4. ^ Dummer, G.W.A. (1978). Elektronické vynálezy a objevy (2. vydání). Pergamon Press. ISBN  0-08-022730-9.
  5. ^ A b Baker, R. Jacob (2010). CMOS: Circuit Design, Layout, and Simulation, Third Edition. Wiley-IEEE. ISBN  978-0-470-88132-3.
  6. ^ Ken Gilleo (2003). Procesy balení oblasti pole pro BGA, Flip Chip a CSP. McGraw-Hill Professional. p. 251. ISBN  0-07-142829-1.
  7. ^ „Technologie zásuvek a balíčků Land Grid Array (LGA)“ (PDF). Intel. Citováno 7. dubna 2016.
  8. ^ Riley, George (30.01.2009). „Flipchips: Výukový program č. 1“. Archivovány od originálu 30. ledna 2009. Citováno 2016-04-07.CS1 maint: unfit url (odkaz)
  9. ^ R. Wayne Johnson, Mark Strickland a David Gerke, program elektronických dílů a balení NASA. "3-D Packaging: A Technology Review. „23. června 2005. Citováno 31. července 2015
  10. ^ L. W. Turner (ed), Referenční kniha pro inženýry elektroniky, Newnes-Butterworth, 1976, ISBN  0-408-00168-2, strany 11-34 až 11-37

externí odkazy