Embalaje de circuito integrado
En la fabricación de productos electrónicos, el empaquetado de circuitos integrados es la etapa final de la fabricación de dispositivos semiconductores , en la que el bloque de material semiconductor se encapsula en una caja de soporte que evita daños físicos y corrosión. La carcasa, conocida como " paquete ", soporta los contactos eléctricos que conectan el dispositivo a una placa de circuito.
En la industria de los circuitos integrados , el proceso se denomina a menudo empaquetado. Otros nombres incluyen ensamblaje, ensamblaje, encapsulación o sellado de dispositivos semiconductores.
A la etapa de empaquetado le sigue la prueba del circuito integrado.
El término a veces se confunde con empaquetado electrónico , que es el montaje e interconexión de circuitos integrados (y otros componentes) en placas de circuito impreso .
Consideraciones de diseño
Eléctrico
Los rastros de transporte de corriente que salen del troquel, a través del paquete y dentro de la placa de circuito impreso (PCB) tienen propiedades eléctricas muy diferentes en comparación con las señales en el chip. Requieren técnicas de diseño especiales y necesitan mucha más energía eléctrica que las señales confinadas al chip mismo. Por lo tanto, es importante que los materiales utilizados como contactos eléctricos exhiban características como baja resistencia, baja capacitancia y baja inductancia. [1] Tanto la estructura como los materiales deben priorizar las propiedades de transmisión de la señal, al tiempo que se minimizan los elementos parásitos que podrían afectar negativamente a la señal.
Controlar estas características se vuelve cada vez más importante a medida que el resto de la tecnología comienza a acelerarse. Los retrasos en el empaquetado tienen el potencial de representar casi la mitad del retraso de una computadora de alto rendimiento, y se espera que este cuello de botella en la velocidad aumente. [1]
Mecánica y Térmica
El paquete del circuito integrado debe resistir la rotura física, evitar la humedad y también proporcionar una disipación de calor eficaz del chip. Además, para aplicaciones de RF , el paquete se requiere comúnmente para proteger la interferencia electromagnética , que puede degradar el rendimiento del circuito o afectar negativamente a los circuitos vecinos. Finalmente, el paquete debe permitir la interconexión del chip a una PCB . [1] Los materiales del paquete son plástico ( termoestable o termoplástico ), metal (comúnmente Kovar ) o cerámica. Un plástico común utilizado para esto es el epoxi - cresol.- novolak (ECN). [2] Los tres tipos de materiales ofrecen resistencia mecánica utilizable, resistencia a la humedad y al calor. Sin embargo, para dispositivos de gama alta, los envases metálicos y cerámicos se prefieren comúnmente debido a su mayor resistencia (que también admite diseños de mayor número de pines), disipación de calor, rendimiento hermético u otras razones. En términos generales, los envases de cerámica son más caros que un envase de plástico similar. [3]
Algunos paquetes tienen aletas metálicas para mejorar la transferencia de calor, pero ocupan espacio. Los paquetes más grandes también permiten más pines de interconexión. [1]
Económico
El costo es un factor en la selección de paquetes de circuitos integrados. Por lo general, un paquete de plástico económico puede disipar el calor hasta 2 W, lo que es suficiente para muchas aplicaciones simples, aunque un paquete de cerámica similar puede disipar hasta 50 W en el mismo escenario. [1] A medida que los chips dentro del paquete se hacen más pequeños y rápidos, también tienden a calentarse más. A medida que aumenta la necesidad subsiguiente de una disipación de calor más eficaz, el costo del embalaje también aumenta. Generalmente, cuanto más pequeño y complejo debe ser el paquete, más caro es de fabricar. [3]
Historia
Los primeros circuitos integrados estaban empaquetados en paquetes planos de cerámica , que los militares usaron durante muchos años por su confiabilidad y pequeño tamaño. El otro tipo de empaque utilizado en la década de 1970, llamado ICP (paquete de circuito integrado), era un paquete de cerámica (a veces redondo como el paquete de transistores), con los cables en un lado, coaxialmente con el eje del paquete.
El envasado de circuitos comerciales se trasladó rápidamente al envase dual en línea (DIP), primero en cerámica y luego en plástico. [4] En la década de 1980, los recuentos de pines de VLSI excedieron el límite práctico para el empaquetado DIP, lo que llevó a paquetes de matriz de cuadrícula de pines (PGA) y portador de chip sin cables (LCC). [5] El empaque de montaje en superficie apareció a principios de la década de 1980 y se hizo popular a fines de la década de 1980, utilizando un paso de plomo más fino con cables formados como ala de gaviota o plomo en J, como lo ejemplifica el circuito integrado de contorno pequeño , un portador que ocupa un área alrededor del 30 - 50% menos que un DIP equivalente , con un espesor típico que es 70% menos. [5]
La siguiente gran innovación fue el paquete de arreglo de área , que coloca los terminales de interconexión en toda la superficie del paquete, proporcionando un mayor número de conexiones que los tipos de paquetes anteriores en los que solo se usa el perímetro exterior. El primer paquete de matriz de área fue un paquete de matriz de rejilla de pines de cerámica . [1] Poco tiempo después, la matriz de rejilla de bolas de plástico (BGA), otro tipo de paquete de matriz de área, se convirtió en una de las técnicas de envasado más utilizadas. [6]
A fines de la década de 1990, el paquete plano cuádruple de plástico (PQFP) y los paquetes delgados de contorno pequeño (TSOP) reemplazaron a los paquetes PGA como los más comunes para los dispositivos de alto número de pines, [1] aunque los paquetes PGA todavía se usan a menudo para microprocesadores . Sin embargo, los líderes de la industria Intel y AMD hicieron la transición en la década de 2000 de los paquetes PGA a los paquetes Land Grid Array (LGA). [7]
Los paquetes de matriz de rejilla de bolas (BGA) han existido desde la década de 1970, pero se convirtieron en paquetes de matriz de rejilla de bolas de chip giratorio (FCBGA) en la década de 1990. Los paquetes FCBGA permiten un número de pines mucho mayor que cualquier otro tipo de paquete existente. En un paquete FCBGA, el troquel se monta al revés (volteado) y se conecta a las bolas del paquete a través de un sustrato que es similar a una placa de circuito impreso en lugar de cables. Los paquetes FCBGA permiten que una matriz de señales de entrada y salida (llamada Área-E / S) se distribuya por todo el troquel en lugar de limitarse a la periferia del troquel. [8]
Los rastros que salen del troquel, a través del paquete y dentro de la placa de circuito impreso tienen propiedades eléctricas muy diferentes, en comparación con las señales en el chip. Requieren técnicas de diseño especiales y necesitan mucha más energía eléctrica que las señales confinadas al chip mismo.
Los desarrollos recientes consisten en apilar múltiples matrices en un solo paquete llamado SiP, para System In Package , o circuito integrado tridimensional . La combinación de varios troqueles en un sustrato pequeño, a menudo de cerámica, se denomina MCM o módulo de chips múltiples . El límite entre un MCM grande y una placa de circuito impreso pequeña a veces es borroso. [9]
Tipos de paquetes comunes
- Tecnología de orificio pasante
- Tecnología de montaje superficial
- Portador de chips
- Matriz de cuadrícula de pines
- Paquete plano
- Circuito integrado de contorno pequeño
- Paquete a escala de chips
- Ball Grid Array
- Paquetes de circuitos integrados de transistores, diodos y pines pequeños
- Paquetes de chips múltiples
Operaciones
La fijación del troquel es el paso durante el cual se monta un troquel y se fija al paquete o estructura de soporte (cabezal). [10] Para aplicaciones de alta potencia, la matriz generalmente se adhiere eutécticamente al paquete, utilizando, por ejemplo, soldadura de oro-estaño o oro-silicio (para una buena conducción del calor ). Para aplicaciones de bajo costo y baja potencia, la matriz a menudo se pega directamente sobre un sustrato (como una placa de cableado impresa ) con un adhesivo epoxi .
Las siguientes operaciones se realizan en la etapa de envasado, desglosadas en las etapas de unión, encapsulación y unión de obleas. Tenga en cuenta que esta lista no es exhaustiva y que no todas estas operaciones se realizan para cada paquete, ya que el proceso depende en gran medida del tipo de paquete .
- Unión IC
- Unión de cables
- Unión termosónica
- Unión hacia abajo
- Cinta adhesiva automatizada
- Flip chip
- Embalaje de edredón
- Fijación de película
- Colocación del espaciador
- Encapsulación de IC
- Horneando
- Enchapado
- Marcado láser
- Recortar y dar forma
- Unión de obleas
Ver también
- Lista de tipos de empaquetado de circuitos integrados
- Lista de dimensiones del paquete electrónico
- B-estadificación
- Encapsulado (electrónica)
- Embalaje de edredón
- Embalaje electrónico
- Decapar
Referencias
- ↑ a b c d e f g Rabaey, enero (2007). Circuitos integrados digitales (2ª ed.). Prentice Hall, Inc. ISBN 978-0130909961.
- ^ https://www.researchgate.net/publication/285397294_Plastic_Encapsulant_Materials
- ↑ a b Greig, William (2007). Empaquetado, Montaje e Interconexiones de Circuitos Integrados . Springer Science & Business Media. ISBN 9780387339139.
- ^ Dummer, GWA (1978). Invenciones y descubrimientos electrónicos (2ª ed . ) . Pergamon Press. ISBN 0-08-022730-9.
- ↑ a b Baker, R. Jacob (2010). CMOS: diseño, trazado y simulación de circuitos, tercera edición . Wiley-IEEE. ISBN 978-0-470-88132-3.
- ^ Ken Gilleo (2003). Procesos de empaquetado de arreglos de área para BGA, Flip Chip y CSP . Profesional de McGraw-Hill . pag. 251. ISBN 0-07-142829-1.
- ^ "Tecnología de paquetes y zócalos Land Grid Array (LGA)" (PDF) . Intel . Consultado el 7 de abril de 2016 .
- ↑ Riley, George (30 de enero de 2009). "Flipchips: Tutorial # 1" . Archivado desde el original el 30 de enero de 2009 . Consultado el 7 de abril de 2016 .CS1 maint: URL no apta ( enlace )
- ^ R. Wayne Johnson, Mark Strickland y David Gerke, Programa de embalaje y piezas electrónicas de la NASA. " 3-D Packaging: A Technology Review ". 23 de junio de 2005. Consultado el 31 de julio de 2015.
- ^ LW Turner (ed), Libro de referencia de ingenieros electrónicos , Newnes-Butterworth, 1976, ISBN 0-408-00168-2 , páginas 11-34 a 11-37
- Fabricación de dispositivos semiconductores
- Portadores de chips
- Embalaje (microfabricación)
