IC-verpakking:

Spring naar:

• Wat is IC-verpakking?
• Waarom is IC-verpakking belangrijk?
• Wat is IC-verpakking
• IC-pakkettypen
• Overwegingen bij IC-ontwerp
• Wat is het meest voorkomende type IC-pakket
• Alternatieve IC-pakketmaterialen en -methoden voor montage
• Wat is bevestigingsmateriaal?
• Typen draadverbindingsconstructie
• Inkapselingsmiddelen
• IC-verpakking begrijpen

Om een ​​halfgeleider betrouwbaar te laten werken gedurende vele jaren van gebruik, is het van cruciaal belang dat elke chip beschermd blijft tegen de elementen en mogelijke spanningen. Dat brengt ons bij twee vragen:wat is een geïntegreerde schakeling (IC)-verpakking en waarom is het essentieel voor uw elektronicatoepassingen? Als u in de elektronica-industrie werkt en niet duidelijk bent over hoe IC-verpakkingsmateriaal voor u kan werken, volgt hier een basisoverzicht van het idee achter IC-verpakkingen.

Vraag een gratis offerte aan

Wat is IC-verpakking?

IC-verpakking verwijst naar het materiaal dat een halfgeleiderapparaat bevat. Het pakket is een behuizing die het circuitmateriaal omringt om het te beschermen tegen corrosie of fysieke schade en om de elektrische contacten die het met de printplaat (PCB) verbinden, te kunnen monteren. Er zijn veel verschillende soorten geïntegreerde schakelingen en daarom zijn er verschillende soorten ontwerpen voor IC-verpakkingssystemen waarmee rekening moet worden gehouden, aangezien verschillende soorten schakelingen verschillende behoeften hebben als het gaat om hun buitenste schil.

Waarom is IC-verpakking belangrijk?

IC-verpakking is de laatste fase in de productie van halfgeleiderapparaten. Tijdens deze belangrijke fase wordt het halfgeleiderblok bedekt met een pakket dat de IC beschermt tegen mogelijk schadelijke externe elementen en de corrosieve effecten van veroudering. Het pakket is in wezen een omhulsel dat is ontworpen om het blok te beschermen en ook om de elektrische contacten te promoten die signalen afgeven aan de printplaat van een elektronisch apparaat.

IC-verpakkingstechnologie is geëvolueerd sinds de jaren 1970, toen ball grid array (BGA) -pakketten voor het eerst in gebruik werden genomen door fabrikanten van elektronicaverpakkingen. Aan het begin van de 21e eeuw overschaduwden nieuwere opties in pakkettechnologieën pin grid array-pakketten, namelijk de plastic quad flat pack en de dunne kleine omtrekverpakking. Naarmate de jaren negentig vorderden, luidden fabrikanten zoals Intel het tijdperk van landgrid-arraypakketten in.

Ondertussen vervingen flip-chip ball grid arrays (FCBGA's), die meer pinnen bevatten dan andere pakkettypes, BGA's. De FCBGA bevat invoer- en uitvoersignalen over de hele dobbelsteen, in tegenstelling tot alleen de randen.

IC-pakkettypen

Er zijn verschillende manieren om IC-verpakkingsontwerpen te categoriseren op basis van formatie. Als zodanig zijn er twee soorten IC-pakketten:het leadframe-type en het substraattype.

Wat zijn de namen van IC-pakkettypes?

Naast de structurele basisdefinitie van een IC-pakket, onderscheiden andere categorieën secundaire typen interconnectie. Meer informatie over de verschillende categorieën IC-pakketten vindt u hieronder:

• Pin-grid array: Deze zijn voor socketing.
• Lead-frame en dual-inline pakketten: Deze pakketten zijn voor assemblages waarin pinnen door gaten gaan.
• Chipweegschaalpakket: Een chipschaalpakket is een direct op het oppervlak monteerbaar pakket met één matrijs, met een oppervlak dat kleiner is dan 1,2 keer het oppervlak van de matrijs.
• Quad plat pakket: Een leadframe-pakket van de loodvrije variant.
• Quad plat zonder lood: Een klein pakketje ter grootte van een chip, gebruikt voor opbouwmontage.
• Multichip-pakket: Multichippakketten, of multichipmodules, integreren meerdere IC's, discrete componenten en halfgeleiderchips op een substraat, waardoor het multichippakket lijkt op een groter IC.
• Area array-pakket: Deze pakketten bieden maximale prestaties terwijl ze toch ruimte besparen doordat elk deel van het oppervlak van de chip kan worden gebruikt voor onderlinge verbindingen.

Het is belangrijk op te merken dat veel bedrijven area array-pakketten gebruiken. Het belangrijkste voorbeeld in dit opzicht is het BGA-pakket, dat in verschillende formaten verkrijgbaar is, inclusief de kleine chipschaalpakketten - soms QFN-pakketten genoemd - en grotere pakketten. BGA-constructie omvat een organisch substraat en de beste toepassing is in multichip-structuren. Multichip-modules en -pakketten zijn de toonaangevende alternatieven voor oplossingen die een systeem-op-chip-formaat gebruiken. Andere opties zijn de tweetraps- en dubbel-oppervlakte-interconnectiepakketten.

Bovendien is een categorie voor wafer-IC-assemblage, bekend als wafer-level packaging (WLP), aangeslagen in het spraakgebruik van de industrie. In wafer-level pakketten vindt de constructie plaats op het oppervlak van de wafer, waardoor een pakket ontstaat ter grootte van een flip-chip. Een ander wafer level-pakket is fan-out wafer-level packaging (FOWLP), een meer geavanceerde versie van conventionele WLP-oplossingen. In tegenstelling tot een WLP waarbij de wafel in blokjes wordt gesneden nadat de buitenste lagen van de verpakking zijn bevestigd, vindt het in blokjes snijden van de FOWLP-wafel het eerst plaats.

Overwegingen bij IC-ontwerp

Het kiezen van het juiste IC-pakket voor uw toepassingen begint met technische informatie over het brede scala aan ontwerpoverwegingen die komen kijken bij het produceren van IC-pakketten. U wilt bijvoorbeeld op de hoogte zijn van de juiste materiaalsamenstellingen en substraten voor uw IC-pakket. Het is ook belangrijk om het verschil te kennen tussen harde substraten en substraatpakketten met tape. Veel bedrijven overwegen ook om laminaten te gebruiken als alternatief voor leadframes en selecteren substraten die goed werken met metalen geleiders.

Lees hieronder meer over enkele van de belangrijkste ontwerpoverwegingen.

Materiaalsamenstelling

De prestaties van een IC-pakket zijn grotendeels afhankelijk van de chemische, elektrische en materiële samenstelling. Ondanks hun functionele verschillen, zijn leadframe- en laminaatpakketten beide sterk afhankelijk van de materiaalsamenstelling. Loodframe-pakketten, het gangbare formaat, gebruiken zilveren of gouden draadgebonden afwerkingen, bevestigd met een spot-plating-methode. Dat maakt het proces eenvoudiger en betaalbaarder.

Op keramische verpakkingen is Alloy 42 een veelgebruikte metaalsoort omdat het samenwerkt met het onderliggende materiaal. Op plastic verpakkingen heeft het koperen leadframe de voorkeur omdat het de soldeerverbinding beschermt en geleidbaarheid biedt. Vanwege het beleid in bepaalde gebieden is het materiaal ook een van de kritische factoren op plastic verpakkingen voor opbouwmontage.

Vanwege herzieningen in Europese normen is de loodafwerking een kwestie van intensief onderzoek geweest bij de verpakkingsassemblage van het volgende niveau. Het doel was om levensvatbare vervangingen te vinden voor tin-loodsoldeer, die gemakkelijk kan worden aangebracht en al lange tijd een nietje is in de hele industrie. Fabrikanten moeten zich echter nog verenigen rond één enkele oplossing, deels vanwege de wijdverbreide concurrentie tussen leveranciers. Het is onwaarschijnlijk dat het hoofdprobleem zichzelf in de komende tijd zal oplossen.

Alternatief voor leadframes

Vanaf het einde van de jaren zeventig kwamen laminaten naar voren als alternatief voor loodframes in spaanplaatassemblages. Tegenwoordig zijn laminaten wijdverbreid in de industrie voor IC-verpakkingsoplossingen, vanwege hun relatieve kosteneffectiviteit in vergelijking met keramische substraten. De meest populaire laminaten zijn de organische soorten met hoge temperaturen, die superieure elektrische eigenschappen bieden en ook betaalbaarder zijn.

Toepasselijke substraten

Te midden van de stijgende populariteit van halfgeleiderpakketten, is er ook een toegenomen vraag naar toepasbare substraten en tussenvoegsels. Een substraat is het onderdeel van een IC-pakket dat het bord zijn mechanische sterkte geeft en het in staat stelt om verbinding te maken met externe apparaten. De interposer maakt verbindingsroutering in het pakket mogelijk. In sommige gevallen zijn de woorden “substraat” en “interposer” onderling verwisselbaar.

Verschil tussen stijve en tapepakketsubstraten

Pakketsubstraten zijn er in stijve en tape-varianten. Stijve substraten zijn stevig en gedefinieerd in hun vorm, terwijl tapesubstraten slank en flexibel zijn. In de begindagen van de IC-productie bestonden substraten uit keramisch materiaal. Tegenwoordig zijn de meeste substraten gemaakt van organisch materiaal.

Als een substraat bestaat uit meerdere dunne lagen die zijn gestapeld om een ​​stijf substraat te vormen, staat het bekend als een laminaatsubstraat. Twee van de meest voorkomende laminaatsubstraten bij de productie van IC's zijn FR4 en bismaleimide-triazine (BT). De eerste bestaat uit epoxy, terwijl de laatste een hoogwaardig harsmateriaal is.

Mede dankzij de isolerende eigenschappen en lage diëlektrische constante is BT-hars in de IC-industrie naar voren gekomen als een van de favoriete laminaatmaterialen. Op BGA's is BT de meest gebruikte van alle substraten. BT is ook de favoriete hars geworden voor laminaat op chipschaal (CSP). Ondertussen produceren concurrenten over de hele wereld nieuwe epoxy- en epoxy-blend-alternatieven, die BT een run voor zijn geld dreigen te geven, waardoor de prijzen in het algemeen kunnen dalen naarmate de markt de komende jaren concurrerender wordt.

Als alternatief voor harde ondergronden zijn tape-substraten meestal gemaakt van polyimide en andere soorten temperatuurtolerante, duurzame materialen. Het voordeel van tapesubstraten is hun vermogen om tegelijkertijd circuits te verplaatsen en te transporteren, waardoor tapesubstraten de voorkeur genieten in schijfstations en andere apparaten die circuits vervoeren te midden van snelle, constante beweging. Het andere grote voordeel van tapesubstraten is hun lage gewicht, wat betekent dat ze zelfs niet de minste dimensie van zwaarte toevoegen aan een aangebracht oppervlak.

Substraten om metalen geleiders te ondersteunen

IC-pakketten moeten ook worden geleverd met metalen geleiders die signalen naar verschillende onderling verbonden functies kunnen leiden. Daarom is het essentieel dat substraten dit proces vergemakkelijken. Substraten sturen de invoer- en uitvoersignalen van een chip naar andere functies op een systeem in pakketten. Door de plaatsing van folie, typisch koper, die aan de laminaten in het substraat is gehecht, wordt de geleidbaarheid van het metaal bereikt. Onderdompelingslagen van goud en nikkel worden vaak als afwerking over het koper aangebracht om interdiffusie en oxidatie te voorkomen.

Wat zijn de meest voorkomende typen IC-pakketten?

Leadframes zijn de meest voorkomende typen IC-pakketten. U zou deze pakketten gebruiken voor onderling verbonden matrijzen met draadverbinding, met een zilveren of vergulde afwerking. Voor op het oppervlak gemonteerde plastic verpakkingen gebruiken fabrikanten vaak koperen leadframe-materialen. Koper is zeer geleidend en extreem meegaand, dus het kan nuttig zijn voor dit doel.

Alternatieve IC-pakketmaterialen en -methoden voor montage

Veel fabrikanten proberen af ​​te stappen van echte lead-frame IC-pakketten met loodafwerking, maar ze worden al zo lang zo vaak gebruikt dat het voor sommigen een moeilijke overgang is. De meest voorkomende pakketten zijn onder meer:

• Dubbele inline-pakketten: Een dubbel inline pakket bestaat uit twee rijen elektrische pinnen langs de horizontale randen van een rechthoekig IC-stuk. Een dubbel inline-pakket wordt op een printplaat gemonteerd met een doorgaand gat of een socket.
• Kleine overzichtspakketten: Een thin small outline package (TSOP) is een IC-component die bestaat uit een rechthoekige vorm met kleine pinnen langs de horizontale randen. TSOP's komen vaak voor op IC's die RAM en flashgeheugen van stroom voorzien.
• Vier platte pakketten: Een quad flat package (QFP) is een platte, vierkante IC-component met draden langs elk van de vier randen. QFP's kunnen niet door een gat worden gemonteerd en sockets zijn zelden beschikbaar voor pakketten van dit type. QFP's kunnen slechts 32 pinnen of maar liefst 304 pinnen hebben, afhankelijk van het pitchbereik. Varianten van de QFP zijn low-profile en dun. Japanse elektronicafabrikanten gebruikten QFP's voor het eerst in de jaren '70, hoewel het pakkettype pas in het begin van de jaren '90 ingang zou vinden in Noord-Amerika en Europa.
• Balrastermatrices: Een BGA is een chipdragend pakket voor opbouwmontage dat vaak wordt aangetroffen in computerapparatuur. In tegenstelling tot andere IC-pakketten, waar alleen de omtrek verbinding kan maken, kan het hele bodemoppervlak op een BGA worden gemonteerd. Vanwege de kortere kogelverbindingen bieden BGA's enkele van de hoogste snelheden van alle IC-pakketten. BGA's zijn gebruikelijk op RAM-sticks en USB-kaarten, inclusief RAM- en luidsprekerkaarten. Het soldeerproces op een BGA vereist precisie.

Substraatpakketten, zoals op keramiek gebaseerde pakketten, hebben een legering nodig die qua thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) vergelijkbaar is met keramiek, zoals Iconel of Alloy 42. Tijdens het bevestigingsproces van de matrijs hechten we de matrijs aan het substraat met een speciale matrijs - bevestig materialen die we kunnen gebruiken bij face-up wire-bond assemblage. Het is van cruciaal belang om gaten in het bevestigde materiaal te vermijden, omdat deze tot hotspots kunnen leiden. Goed hechtmateriaal is elektrisch en thermisch geleidend, waardoor het ideaal is voor substraatpakketten.

Je zou in plaats daarvan laminaat gebruiken als je hogere prestaties nodig hebt of te maken hebt met hoge I/O-tellingen. Laminaatverpakkingen zijn een uitstekend goedkoop alternatief voor keramische substraten en hebben ook een lagere diëlektrische constante.

Wat is bevestigingsmateriaal?

Dit type IC-pakket heeft twee primaire functies. De eerste is om de dobbelsteen te beschermen tegen schade die externe factoren kunnen veroorzaken. De tweede is om de invoer en uitvoer te herverdelen tot een hanteerbare fijne toonhoogte. Bovendien biedt het pakket een gestandaardiseerde structuur die het thermische pad op de juiste manier leidt, weg van de gestapelde matrijs. Over het algemeen is de structuur beter geschikt voor elektrische tests en beter bestand tegen fouten.

Die-attach-materialen zijn vloeibare of filmmaterialen die fabrikanten ontwerpen om ontgassing te voorkomen, wat de kwaliteit van de draadverbinding zou kunnen verminderen. Deze materialen dienen ook als spanningsbuffer, zodat de matrijs niet breekt als de CTE niet helemaal overeenkomt met het substraat.

Er zijn verschillende methoden om die-attach-materialen aan te brengen, waarvan sommige ingewikkelder zijn dan andere. Voor de meeste toepassingen wordt die-attach toegepast op assemblages waar de draadverbinding zich op het oppervlak van het oppervlak bevindt. In alle gevallen zijn die-attach-materialen thermisch geleidend. Op bepaalde assemblages biedt die-attach ook elektrische geleidbaarheid. Om te voorkomen dat vlekken samen met de matrijs te heet worden, proberen fabrikanten over het algemeen holtes in het materiaal te voorkomen. Die-attach-materialen, zowel vloeistof als film, zijn bestand tegen ontgassing en beschermen matrijzen tegen beschadiging.

Typen draadverbinding

Draadgebonden assemblages zijn er in drie formaten:

• Thermo-compressie bonding
• Thermosonische kogelbinding
• Ultrasone wigverlijming bij kamertemperatuur

Het type draadverbinding dat u kiest, heeft verschillende montagemogelijkheden. Draadverbinding maakt meestal gebruik van gouddraad, hoewel u in plaats daarvan koperdraad kunt gebruiken als u een stikstofrijke montage-omgeving hebt. Wedge-bonding met aluminiumdraad kan een economisch alternatief zijn.

Ultrasoon verlijmen begint met een draadaanvoer door een gat in het oppervlak van een componentsamenstel. Het proces omvat een matrijs en substraatbinding.

Thermosonische binding is een proces dat wordt gebruikt om silicium-IC's op computers aan te sluiten. Het proces assembleert de componenten van centrale verwerkingseenheden, die de circuits van personal computers en laptops integreren.

Thermosonische bindingen zijn samengesteld uit thermische, mechanische en ultrasone energieën. De machines die dit proces uitvoeren, bevatten transducers, die elektrische energie omzetten in piëzo-elektriciteit.

Thermocompressie bonding is een methode die twee metalen verbindt door een mix van kracht en warmte. De methode wordt afwisselend wafer bonding, diffusion bonding, solid-state lassen en drukverbinding genoemd. Thermocompressiebinding beschermt elektrische constructies en apparaatpakketten voorafgaand aan oppervlaktemontage. De methode omvat de diffusie van het oppervlak en de korrelgrens.

Inkapselingsmiddelen

Inkapselingsmiddelen zijn het laatste stuk van het IC-pakket en dienen om de geleider en draden te beschermen tegen omgevings- en fysieke schade. Ze kunnen worden gemaakt van epoxy of epoxymengsels, siliconen, polyimide of op oplosmiddelbasis of vulkaniseerbaar bij kamertemperatuur. De rest van de componenten die u kiest, hangt af van de specifieke behoeften van uw geïntegreerde schakelingen en uw toepassingen.

Printplaten kunnen kwetsbaar zijn voor elektrostatisch stof in industriële en auto-omgevingen. Om de mechanische eigenschappen van PCB's te beschermen, gebruiken fabrikanten nu inkapselingsharsen.

Als beschermende barrière zijn inkapselings- en inkapselingsmiddelen zeer effectief om te voorkomen dat stof en andere atmosferische elementen de mechanismen van PCB's schaden. Met voldoende harsen kunnen encapsulanten PCB's beschermen tegen de spanningen van trillingen, schokken en externe elementen. Om de toepassing effectief te laten werken, moeten harsen worden getest op hun geschiktheid in verschillende potentiële werkomgevingen. De functionaliteit van de eenheden in deze instellingen moet ook worden geëvalueerd.

Als alternatief voor inkapselings- en inkapselingsharsen gebruiken sommige fabrikanten conforme coatings, die de vorm van elk bord aansluiten en sterkte en duurzaamheid bieden, zonder het gewicht of de afmetingen van een PCB te beïnvloeden. Coatings worden over het algemeen getest in normale atmosferische instellingen. Bij elke test wordt het effect van een bepaalde coating op de elektrische en mechanische capaciteiten van een PCB onderzocht.

Inkapselingsmaterialen zijn er in drie basisvarianten. Het primaire materiaal is epoxy, puur of gemengd. Epoxy's bestaan ​​uit organische harsen en zijn over het algemeen betaalbaar, vandaar hun populariteit onder fabrikanten. Een ander wijdverbreid materiaal dat wordt gebruikt in ingekapselde IC-chips is siliconen, dat niet op koolstof is gebaseerd en daarom geen organische hars. Siliconenharsen zijn over het algemeen op oplosmiddelbasis. Als alternatief zijn sommige harsen bij kamertemperatuur vulkaniseerbaar, en contact met vocht kan ze uitharden. Siliconen zijn populair vanwege hun flexibiliteit in zowel warme als koude omgevingen.

Potting- en inkapselingsharsen zijn er in verschillende formuleringen, net als conforme coatings. Elke formulering is uitgebalanceerd voor een specifieke reeks atmosferische omstandigheden. Door middel van testen kunnen fabrikanten bepalen welke formuleringen het meest geschikt zijn voor bepaalde omgevingen. In een normale situatie zullen de meeste soorten harsen en coatings voldoende bescherming bieden voor een PCB. In hardere omgevingen heeft een plank over het algemeen een laag nodig met speciaal materiaal, zoals acryl. Als de printplaat bedoeld is voor gebruik in een ondergedompelde omgeving, behoren extra sterke lagen tot de meest geschikte opties.

Harsen gemaakt van siliconen zorgen voor optimale PCB-prestaties in verschillende omgevingen. Voor PCB-ontwerpen heeft siliconen over het algemeen de voorkeur boven polyurethaan of epoxy. Tussen die laatste twee is polyurethaan het betrouwbaardere materiaal in verschillende omgevingen. Polyurethaanharsen kunnen effectief zijn in maritieme omgevingen als bescherming bij onderdompeling in zout water.

IC-verpakking begrijpen

Om aan de top van de markt te blijven, is het cruciaal om op de hoogte te blijven van de trends in IC-verpakkingen. Zo kunt u concurrerend blijven en de juiste investeringen doen in de markt voor IC-verpakkingsmaterialen. Verschillende marktsegmenten zijn van invloed op de prijs, populariteit en beschikbaarheid van verpakkingsmaterialen. Bovendien kunnen trends op regionale schaal van invloed zijn op het gebruik van verpakkingsmaterialen in bepaalde uithoeken van de wereld.

Voor nieuws, statistieken en informatie over trends in de IC-markt moeten geïnteresseerde partijen het Marktrapport Semiconductor and IC Packaging Materials lezen, waarin de zaken worden opgesplitst in categorieën en toepassingen, allemaal in het kader van de IC-industrie. Experts in de branche gebruiken ontwerpgegevensbeheer om informatie over ontwerpoplossingen te verzamelen en te beoordelen, waarbij elk hun inzichten als fabrikanten, leveranciers en detailhandelaren ter tafel brengt en een volledig beeld geeft vanuit het hele waarderaster.

Op elk moment kunnen plotselinge, onverwachte gebeurtenissen de markt beïnvloeden, waaronder natuurrampen, klimaatverandering, politieke omwentelingen, ontwrichtende technologie en culturele verschuivingen. Als geïnteresseerde partij op het IC-front moet u, om op de hoogte te blijven van IC-verpakkingen, trends met betrekking tot de productie, levering, export, import, prijsstelling, integriteitsanalyse en algehele groeisnelheid van verpakkingsmaterialen herkennen en deze regelmatig onderzoeken, zodat u kunt plannen , budget dienovereenkomstig en bescherm uw inkomsten.

IC-verpakking van Millennium Circuits

Zoals u kunt zien, zijn er veel elementen voor IC-verpakkingen voor elektronische systemen, en als speler in de elektronica-industrie is het essentieel om ze te begrijpen en op de hoogte te blijven van nieuwe ontwikkelingen in geavanceerde verpakkingen - vooral met betrekking tot hoe ze uw componenten beïnvloeden met betrekking tot prestatie-eisen . Sommige aspecten van IC-verpakkingen zullen de komende jaren waarschijnlijk relatief stabiel blijven, terwijl andere aanzienlijk kunnen veranderen, en u wilt voorop blijven lopen. Als u weet waar veranderingen waarschijnlijk zullen komen, kunt u er beter op reageren.

Als je vragen hebt over de verschillende soorten IC-verpakkingen of iets dat te maken heeft met circuits of printplaten, neem dan nu contact op met de experts van Millennium Circuits. We zijn er enorm trots op dat we onze klanten een volledig begrip kunnen geven van de elektronica waarmee we werken. We voorzien u graag van de ontwerp- en verificatie-informatie die u nodig heeft, zodat u de beste beslissingen kunt nemen over elektronische componenten voor uw bedrijf.

Vraag een gratis offerte aan