Полупроводниковый корпус
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( сентябрь 2011 г. ) |
Полупроводниковый корпус — это металлический, пластиковый, стеклянный или керамический корпус, содержащий одно или несколько дискретных полупроводниковых приборов или интегральных схем . Отдельные компоненты изготавливаются на полупроводниковых пластинах (обычно кремниевых ), а затем нарезаются на кристаллы, тестируются и упаковываются. В корпусе предусмотрены средства для его подключения к внешней среде, например к печатной плате , через выводы, такие как земли, шарики или контакты; и защита от таких угроз, как механическое воздействие, химическое загрязнение и воздействие света. Кроме того, он помогает рассеивать тепло, выделяемое устройством, с помощью распределителя тепла или без него . Используются тысячи типов пакетов. Некоторые из них определяются международными, национальными или отраслевыми стандартами, тогда как другие зависят от конкретного производителя.
Функции пакета
[ редактировать ]Полупроводниковый корпус может иметь всего два вывода или контакта для таких устройств, как диоды, а в случае современных микропроцессоров корпус может иметь сотни соединений. Очень маленькие пакеты могут поддерживаться только проводами. Устройства большего размера, предназначенные для приложений с высокой мощностью, устанавливаются в тщательно спроектированные радиаторы , позволяющие рассеивать сотни или тысячи ватт отходящего тепла .
Помимо обеспечения соединений с полупроводником и отвода тепла, корпус полупроводника должен защищать «чип» от окружающей среды, в частности от проникновения влаги. Случайные частицы или продукты коррозии внутри упаковки могут ухудшить работу устройства или стать причиной неисправности. [1] Герметичная упаковка практически не допускает газообмена с окружающей средой; для такой конструкции требуются стеклянные, керамические или металлические корпуса.
Код даты
[ редактировать ]Производители обычно печатают логотип производителя и номер детали на упаковке с помощью чернил или лазерной маркировки . Это облегчает различение множества различных и несовместимых устройств, упакованных в относительно небольшое количество упаковок. Маркировка часто включает в себя четырехзначный код даты, часто представленный как YYWW, где YY заменяется двумя последними цифрами календарного года, а WW заменяется двухзначным номером недели . [2] [3] обычно это номер недели ISO .
Очень маленькие упаковки часто содержат двузначный код даты. Один двузначный код даты использует YW, где Y — последняя цифра года (от 0 до 9), а W начинается с 1 в начале года и увеличивается каждые 6 недель (т. е. W составляет от 1 до 9). [2] Другой двухзначный код даты, код даты производства RKM , используйте YM, где Y — одна из 20 букв, которые повторяются в цикле каждые 20 лет (например, «М» использовалась для обозначения 1980, 2000, 2020 и т. д.) и M указывает месяц производства (от 1 до 9 означает январь-сентябрь, O означает октябрь, N означает ноябрь, D означает декабрь).
лиды
[ редактировать ]Для соединения интегральной схемы с выводами корпуса проволочные соединения используются , при этом тонкие провода подключаются к выводам корпуса и прикрепляются к проводящим площадкам на полупроводниковом кристалле. На внешней стороне упаковки выводы проводов 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 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 сейчас такой тип конструкции встречается редко.
Розетки
[ редактировать ]Ранние полупроводниковые устройства часто вставлялись в гнезда, как электронные лампы . По мере совершенствования устройств в конечном итоге из-за надежности розетки оказались ненужными, и устройства стали припаивать непосредственно к печатным платам. Корпус должен выдерживать высокие температурные градиенты при пайке, не создавая нагрузки на полупроводниковый кристалл или его выводы.
Сокеты по-прежнему используются для экспериментальных, прототипных или образовательных приложений, для тестирования устройств, для дорогостоящих микросхем, таких как микропроцессоры, где замена по-прежнему более экономична, чем выбрасывание продукта, а также для приложений, где чип содержит встроенное ПО или уникальные данные, которые могут быть заменены или обновлены в течение срока службы продукта. Устройства с сотнями выводов можно вставлять в гнезда с нулевым усилием вставки , которые также используются в испытательном оборудовании или программаторах устройств.
Упаковочные материалы
[ редактировать ]Многие устройства отлиты из эпоксидного пластика, который обеспечивает адекватную защиту полупроводниковых устройств и механическую прочность для поддержки выводов и обращения с корпусом. Пластик , силоксанполиимид, поликсилилен может быть крезол - новолакс , силиконы, полиэпоксиды и бисбензоциклобутен. [4] В некоторых устройствах, предназначенных для высоконадежных, 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 монтировать их на радиатор. Часто корпус образует один контакт для полупроводникового прибора. Свинцовые материалы должны выбираться с коэффициентом теплового расширения, соответствующим материалу корпуса. В корпусе в качестве подложки можно использовать стекло, чтобы уменьшить его тепловое расширение и повысить жесткость, что уменьшает коробление и облегчает монтаж корпуса на печатную плату. [5] [6]
Очень немногие первые полупроводники были упакованы в миниатюрные вакуумные стеклянные колбы, наподобие лампочек-фонариков; такая дорогая упаковка устарела, когда стали доступны пассивация поверхности и усовершенствованные технологии производства. [1] Стеклянные корпуса по-прежнему широко используются с диодами , а стеклянные уплотнения используются в металлических корпусах транзисторов.
Материалы корпуса динамической памяти высокой плотности необходимо выбирать с учетом низкого радиационного фона; одна альфа-частица, испускаемая материалом упаковки, может вызвать одно событие и временные ошибки памяти ( мягкие ошибки ).
В космических полетах и военных приложениях традиционно использовались герметично упакованные микросхемы (ГПМ). Однако большинство современных интегральных схем доступны только в виде микросхем в пластиковой капсуле (PEM). Надлежащие методы изготовления с использованием PEM соответствующей квалификации могут быть использованы для космических полетов. [7]
Гибридные интегральные схемы
[ редактировать ]
Несколько полупроводниковых кристаллов и дискретных компонентов можно собрать на керамической подложке и соединить между собой проволочными связями. На подложке имеются выводы для подключения к внешней цепи, и вся она покрыта приварной или фриттовой крышкой. Такие устройства используются, когда требования превышают характеристики (выделение тепла, шум, номинальное напряжение, ток утечки или другие свойства), доступные в однокристальной интегральной схеме, 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 пакетов многокристальных интегральных схем могут быть определенные модели микропроцессоров, которые могут включать в себя отдельные кристаллы для таких вещей, как кэш-память, в одном корпусе. В методе, называемом флип-чип , кристаллы цифровых интегральных схем переворачиваются и припаиваются к держателю модуля для сборки в большие системы. [8] Этот метод был применен IBM в своих компьютерах System/360 . [9]
Специальные пакеты
[ редактировать ]Полупроводниковые корпуса могут иметь специальные функции. Светоизлучающие или светочувствительные устройства должны иметь в упаковке прозрачное окошко; другие устройства, такие как транзисторы, могут подвергаться воздействию постороннего света и требуют непрозрачной упаковки. [1] Программируемому постоянному запоминающему устройству со стиранием ультрафиолетового излучения требуется кварцевое окно, позволяющее ультрафиолетовому свету проникать и стирать память. Интегральные схемы, чувствительные к давлению, требуют порта на корпусе, который можно подключить к источнику давления газа или жидкости.
Корпуса для устройств СВЧ имеют минимальную паразитную индуктивность и емкость в своих выводах. Для устройств с очень высоким импедансом и сверхнизким током утечки требуются корпуса, которые не пропускают паразитный ток , а также могут иметь защитные кольца вокруг входных клемм. Специальные изолирующие усилители включают в себя высоковольтные изолирующие барьеры между входом и выходом, позволяющие подключаться к цепям под напряжением 1 кВ и более.
В самых первых транзисторах с точечным контактом использовались металлические корпуса картриджного типа с отверстием, позволяющим регулировать ус, используемый для контакта с кристаллом германия ; такие устройства были распространены лишь в течение короткого времени, поскольку были разработаны более надежные и менее трудоемкие типы. [1]
Стандарты
[ редактировать ]Как и в случае с электронными лампами , стандарты полупроводниковых корпусов могут определяться национальными или международными отраслевыми ассоциациями, такими как JEDEC , Pro Electron или EIAJ , или могут быть собственностью одного производителя.
-
Ассорти дискретных сквозных компонентов -
Микропроцессор в керамическом двухрядном корпусе с 48 контактами. -
Кремниевая пластина; отдельные устройства ( СБИС в квадратах) нельзя использовать до тех пор, пока они не будут нарезаны кубиками, не соединены проволокой и не упакованы. -
Пластиковый двухлинейный корпус, содержащий аналоговую интегральную схему. Его можно установить в розетку или напрямую припаять к печатной плате. -
Слаботочный тиристор и устройство большой мощности с резьбовой шпилькой для крепления к радиатору и гибким выводом; такие пакеты используются для устройств, рассчитанных на сотни ампер.
См. также
[ редактировать ]- Чип-носитель
- Расширенная упаковка (полупроводники)
- Золото-алюминиевый интерметаллид ( пурпурная чума )
- Корпус интегральной схемы
- Список размеров корпуса интегральной схемы
- Технология IBM Solid Logic
- Технология поверхностного монтажа
- Технология сквозного отверстия
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Ллойд П. Хантер (редактор), Справочник по полупроводниковой электронике , McGraw Hill, 1956, каталог Библиотеки Конгресса 56-6869, без главы 9 ISBN.
- ^ Jump up to: а б «Качество и отсутствие свинца (Pb): Соглашение о маркировке» . Техасские инструменты. Архивировано из оригинала 4 октября 2015 г. Проверено 6 августа 2015 г.
- ^ Веб-музей старинных калькуляторов: Часто задаваемые вопросы: «Коды даты на электронных компонентах и платах» . Проверено 23 апреля 2020 г.
- ^ «Инкапсулянт — обзор | Темы ScienceDirect» .
- ^ https://www.eetimes.com/intel-bets-on-glass-for-chip-substrate/
- ^ Делмдал, Ральф и Петцель, Райнер. (2014). Лазерное сверление сквозных стеклянных отверстий высокой плотности (TGV) для 2,5D и 3D упаковки. Журнал Общества микроэлектроники и упаковки. 21. 53-57. 10.6117/kmeps.2014.21.2.053.
- ^ Рональд К. Бурек, Технический дайджест Johns Hopkins APL. « Твердотельные регистраторы данных NEAR ». 1998. Проверено 6 августа 2015 года.
- ^ Кейан Беннасер, 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, гибридных и многокристальных модулей: акцент на надежности , Wiley-IEEE, 1994 ISBN 0-471-59446-6 , стр. 183
