Упаковка интегральной схемы - Integrated circuit packaging

Эта статья посвящена завершающей стадии процесса изготовления интегральных схем. Статью о физическом корпусе, окружающем интегральные схемы, см. Полупроводниковый корпус.

Поперечное сечение двухрядный корпус. Этот тип упаковки содержит небольшой полупроводниковый кристалл, с микроскопическими проволоками, прикрепляющими матрицу к свинцовые рамки, позволяя выполнить электрические подключения к Печатная плата.
Металлическая лента с выводами на двухрядных интегральных схемах с контактами

В производстве электроники упаковка интегральной схемы это заключительный этап изготовление полупроводниковых приборов, в которой блок из полупроводникового материала заключен в поддерживающий корпус, предотвращающий физическое повреждение и коррозию. Дело, известное как "упаковка ", поддерживает электрические контакты, которые подключают устройство к печатной плате.

в Интегральная схема В промышленности этот процесс часто называют упаковкой. Другие названия включают сборку, сборку, инкапсуляцию или герметизацию полупроводникового прибора.

За этапом упаковки следует тестирование интегральной схемы.

Термин иногда путают с электронная упаковка, который представляет собой монтаж и соединение интегральных схем (и других компонентов) на печатные платы.

Соображения по дизайну

Электрические

Токоведущие следы, которые выходят из кристалла через корпус и попадают в печатная плата (PCB) имеют очень разные электрические свойства по сравнению с сигналами на кристалле. Они требуют специальных методов проектирования и требуют гораздо большей электроэнергии, чем сигналы, поступающие в сам чип. Поэтому важно, чтобы материалы, используемые в качестве электрических контактов, имели такие характеристики, как низкое сопротивление, низкую емкость и низкую индуктивность.[1] И структура, и материалы должны отдавать приоритет свойствам передачи сигнала, сводя к минимуму любые паразитические элементы это может негативно повлиять на сигнал.

Контроль этих характеристик становится все более важным по мере того, как остальные технологии начинают ускоряться. Задержки при упаковке могут составить почти половину задержки высокопроизводительного компьютера, и ожидается, что это узкое место в скорости будет увеличиваться.[1]

Механические и термические

Корпус интегральной схемы должен сопротивляться физическому разрушению, не допускать попадания влаги, а также обеспечивать эффективное рассеивание тепла от микросхемы. Он также должен соединять чип с Печатная плата.[1] Материалы упаковки - пластик (термореактивный или же термопласт ) или керамический. Оба материала обладают хорошей 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]

В некоторых пакетах есть металлические плавники для улучшения теплопередачи, но они занимают место. Пакеты большего размера также позволяют использовать больше соединительных контактов.[1]

Экономическая

Стоимость - это фактор при выборе упаковки 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

Мелкоконтрастная интегральная схема. Эта упаковка имеет 16 выводов типа «крыло чайки», выступающих с двух длинных сторон, и расстояние между выводами 0,050 дюйма.

Самые ранние интегральные схемы были упакованы в керамические плоские пакеты, которые военные использовали в течение многих лет из-за их надежности и небольших размеров.[3] Другой тип корпуса, использовавшийся в 1970-х годах, названный ICP (пакет интегральных схем), представлял собой керамический корпус (иногда круглый, как корпус транзистора), с проводниками на одной стороне, соосно оси корпуса.

Коммерческая упаковка схем быстро перешла на двухрядный корпус (DIP) сначала из керамики, а затем из пластика.[4] В 80-е годы СБИС количество выводов превысило практический предел для DIP-упаковки, что привело к матрица сетки выводов (PGA) и бессвинцовый держатель чипа (LCC) пакеты.[5] Поверхностный монтаж упаковка появилась в начале 1980-х и стала популярной в конце 1980-х, с использованием более тонкого свинцового пека с выводами в форме крыла чайки или J-образной формы, как показано на примере мелкоконтрастная интегральная схема - носитель, который занимает площадь примерно на 30-50% меньше, чем эквивалент ОКУНАТЬ, с типичной толщиной на 70% меньше.[5]

Интегральная схема раннего производства СССР. Крошечный блок из полупроводникового материала («кристалл») заключен в круглый металлический корпус («корпус»).

Следующим большим нововведением стал пакет массива областей, который помещает соединение терминалы по всей площади поверхности упаковки, обеспечивая большее количество соединений, чем предыдущие типы упаковки, в которых используется только внешний периметр. Первый пакет массивов площадей был керамическим. матрица сетки выводов упаковка.[1] Вскоре после этого пластик массив сетки мячей (BGA), другой тип корпуса с массивом площадей, стал одним из наиболее часто используемых методов упаковки.[6]

В конце 1990-х гг. пластиковая плоская упаковка (PQFP) и тонкие мелкие пачки (TSOP) заменил пакеты PGA как наиболее распространенные для устройств с большим количеством выводов,[1] хотя пакеты PGA все еще часто используются для микропроцессоры. Однако лидеры отрасли Intel и AMD перешла в 2000-е годы с пакетов PGA на наземная сетка (LGA) пакеты.[7]

Массив сетки мячей (BGA) корпуса существуют с 1970-х годов, но в 1990-х годах превратились в корпуса с шаровыми решетками (FCBGA). Пакеты FCBGA позволяют использовать гораздо большее количество выводов, чем любые существующие типы корпусов. В корпусе FCBGA кристалл устанавливается в перевернутом виде (перевернут) и подключается к упаковка мячей через подложку, похожую на печатную плату, а не через провода. Пакеты FCBGA позволяют распределять массив сигналов ввода-вывода (называемых Area-I / O) по всему кристаллу, а не ограничиваться периферией кристалла.[8]

Следы из матрицы, через упаковку и в печатная плата имеют очень разные электрические свойства по сравнению с сигналами на кристалле. Они требуют специальных методов проектирования и требуют гораздо большей электроэнергии, чем сигналы, поступающие в сам чип.

Последние разработки заключаются в наложении нескольких матриц в один пакет, называемый SiP, для Система в пакете, или же трехмерная интегральная схема. Комбинирование нескольких штампов на небольшой подложке, часто керамической, называется MCM, или Многочиповый модуль. Граница между большим MCM и маленькой печатной платой иногда бывает размытой.[9]

Общие типы пакетов

Основная статья: Список типов корпусов интегральных схем

Операции

Крепление штампа этап, во время которого штамп устанавливается и фиксируется на упаковка или опорная конструкция (заголовок).[10] Для высокопроизводительных приложений кристалл обычно эвтектика приклеивается к упаковке, например, золото-олово или золото-кремний припаять (для блага теплопроводность ). Для недорогих приложений с низким энергопотреблением матрицу часто приклеивают непосредственно на подложку (такую ​​как печатная монтажная плата ) используя эпоксидная смола клей.

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 Тип упаковки.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм Rabaey, янв (2007). Цифровые интегральные схемы (2-е изд.). Prentice Hall, Inc. ISBN  978-0130909961.
  2. ^ а б Грейг, Уильям (2007). Интегральные схемы, сборка и соединения. Springer Science & Business Media. ISBN  9780387339139.
  3. ^ «Качественная поддержка». www.ametek-ecp.com. Получено 2016-03-30.
  4. ^ Даммер, G.W.A. (1978). Электронные изобретения и открытия (2-е изд). Pergamon Press. ISBN  0-08-022730-9.
  5. ^ а б Бейкер, Р. Джейкоб (2010). CMOS: схемотехника, компоновка и моделирование, третье издание. Wiley-IEEE. ISBN  978-0-470-88132-3.
  6. ^ Кен Гиллео (2003). Процессы упаковки массивов областей для BGA, Flip Chip и CSP. McGraw-Hill Professional. п. 251. ISBN  0-07-142829-1.
  7. ^ "Технология корпусов и розеток для наземных сетей (LGA)" (PDF). Intel. Получено 7 апреля, 2016.
  8. ^ Райли, Джордж (30 января 2009 г.). «Flipchips: Урок №1». Архивировано 30 января 2009 года.. Получено 2016-04-07.CS1 maint: неподходящий URL (связь)
  9. ^ Р. Уэйн Джонсон, Марк Стрикленд и Дэвид Герке, Программа НАСА по электронным деталям и упаковке. "3-D упаковка: обзор технологий. "23 июня 2005 г. Дата обращения 31 июля 2015 г.
  10. ^ Л. В. Тернер (редактор), Справочник инженеров-электронщиков, Ньюнес-Баттерворт, 1976, ISBN  0-408-00168-2, страницы с 11-34 по 11-37

внешняя ссылка