Полупроводниковый корпус - Semiconductor package

А полупроводниковый корпус представляет собой металлический, пластиковый, стеклянный или керамический корпус, содержащий один или несколько дискретных полупроводниковые приборы или интегральные схемы. Отдельные компоненты сфабрикованный на полупроводник вафли (обычно кремний ) перед тем, как его нарезать кубиками, протестировать и упаковать. Пакет предоставляет средства для подключения к внешней среде, например печатная плата через выводы, такие как земли, шары или булавки; и защита от таких угроз, как механическое воздействие, химическое загрязнение и воздействие света. Кроме того, он помогает рассеивать тепло, выделяемое устройством, с помощью или без теплораспределитель. Используются тысячи типов пакетов. Некоторые из них определены международными, национальными или отраслевыми стандартами, а другие относятся к конкретному производителю.

Функции пакета

Полупроводниковый корпус может иметь всего два вывода или контакта для таких устройств, как диоды, или, в случае продвинутых микропроцессоры, пакет может иметь сотни подключений. Очень маленькие упаковки могут поддерживаться только их проволочными выводами. Более крупные устройства, предназначенные для приложений с большой мощностью, устанавливаются в тщательно спроектированных радиаторы чтобы они могли рассеивать сотни или тысячи ватт отходящее тепло.

Помимо обеспечения соединений с полупроводником и утилизации отходящего тепла, полупроводниковый корпус должен защищать «чип» от окружающей среды, в частности от проникновения влаги. Посторонние частицы или продукты коррозии внутри упаковки могут ухудшить работу устройства или вызвать отказ.[1] Герметичный корпус практически не допускает газообмена с окружающей средой; для такой конструкции требуются стеклянные, керамические или металлические корпуса.

Колпак, закрывающий сборку из пластика и проводов, на табличке с гравировкой, посвященной 50-летию транзистора
На этой копии первого лабораторного транзистора показаны соединительные провода и стеклянная банка для защиты; упаковка устройства имела решающее значение для его успеха.

Код даты

Производители обычно печатают - чернилами или лазерная маркировка - логотип производителя и номер детали производителя на упаковке, чтобы было легче различать множество различных и несовместимых устройств, упакованных в относительно небольшое количество видов упаковки. Маркировка часто включает 4-значный код даты, часто представленный как YYWW, где YY заменяется двумя последними цифрами календарного года, а WW заменяется двузначный номер недели.[2][3]

Ведет

Чтобы установить связи между Интегральная схема и выводы пакета, проволочные облигации используются тонкие провода, соединенные с выводами корпуса и прикрепленные к проводящим площадкам на полупроводниковом кристалле. С внешней стороны корпуса провода можно припаять к печатная плата или используется для крепления устройства к бирке. Современный поверхностный монтаж Устройства устраняют большинство просверленных отверстий в печатных платах и ​​имеют короткие металлические выводы или контактные площадки на корпусе, которые можно закрепить пайкой оплавлением в печи. Аэрокосмические устройства в плоские пакеты можно использовать плоские металлические выводы, прикрепленные к печатной плате с помощью точечная сварка, хотя такой тип конструкции сейчас не встречается.

Розетки

Ранние полупроводниковые приборы часто вставляли в розетки, например вакуумные трубки. По мере совершенствования устройств в конечном итоге розетки оказались ненужными для обеспечения надежности, и устройства были напрямую припаянный к печатным платам. Корпус должен выдерживать высокие температурные градиенты пайки без 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, и для приложений, где чип содержит прошивка или уникальные данные, которые могут быть заменены или обновлены в течение срока службы продукта. Устройства с сотнями выводов могут быть вставлены в нулевая сила вставки розетки, которые также используются на тестовом оборудовании или программаторах устройств.

Материалы упаковки

Многие устройства вылеплены из эпоксидная смола пластик, который обеспечивает адекватную защиту полупроводниковых устройств и механическую прочность для поддержки выводов и обращения с корпусом. В некоторых устройствах, предназначенных для высоконадежных или аэрокосмических или радиационных сред, используются керамические корпуса с металлическими крышками, которые припаиваются после сборки, или стеклянные фритта печать. Цельнометаллические корпуса часто используются с устройствами большой мощности (несколько ватт и более), поскольку они хорошо проводят тепло и позволяют легко установить теплоотвод. Часто корпус образует один контакт для полупроводникового прибора. Свинцовые материалы необходимо выбирать с коэффициентом теплового расширения, соответствующим материалу корпуса.

Очень немногие ранние полупроводники были упакованы в миниатюрные вакуумированные стеклянные конверты, похожие на лампочки фонарей; такая дорогая упаковка устарела, когда пассивация были доступны улучшенные технологии производства.[1] Стеклянные упаковки по-прежнему широко используются с диоды, а стеклянные уплотнения используются в корпусах металлических транзисторов.

Материалы упаковки для динамической памяти высокой плотности должны выбираться с учетом низкого радиационного фона; один альфа-частица излучаемый упаковочным материалом, может вызвать одно событие расстроено и временные ошибки памяти (мягкие ошибки ).

В космических полетах и ​​военных приложениях традиционно использовались герметично упакованные микросхемы (HPM). Однако большинство современных интегральных схем доступны только в виде микросхем в пластмассовом корпусе (PEM). Для космических полетов можно использовать надлежащие методы производства с использованием PEM надлежащего качества.[4]

Гибридные интегральные схемы

Гибридная интегральная схема

Несколько полупроводниковых кристаллов и дискретных компонентов могут быть собраны на керамической подложке и соединены между собой проволочными связями. Подложка имеет выводы для подключения к внешней цепи, и вся она покрыта сварной или фриттой крышкой. Такие устройства используются, когда требования превышают характеристики (тепловыделение, шум, номинальное напряжение, ток утечки или другие свойства), доступные в интегральной схеме с одним кристаллом, 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 корпусов многокристальных интегральных схем могут быть определенные модели микропроцессоров, которые могут включать отдельные матрицы для таких вещей, как кэш-память в одном пакете. В технике, называемой перевернуть чип матрицы для цифровых интегральных схем перевернуты и припаяны к держателю модуля для сборки в большие системы.[5] Технику применил IBM в их Система / 360 компьютеры.[6]

Специальные пакеты

Пакеты полупроводников могут включать специальные функции. Светоизлучающие или светочувствительные устройства должны иметь в упаковке прозрачное окно; другие устройства, такие как транзисторы, могут быть нарушены рассеянный свет и требуется непрозрачная упаковка.[1] An программируемая постоянная память с ультрафиолетовым стиранием устройству нужен кварц окно, позволяющее ультрафиолетовое излучение войти и стереть память. Интегральным схемам, чувствительным к давлению, требуется порт на корпусе, который может быть подключен к источнику давления газа или жидкости.

Пакеты для микроволновая печь частотные устройства выполнены с минимальными паразитными индуктивностями и емкостью в выводах. Устройства с очень высоким импедансом и сверхнизким утечка текущие требуют пакетов, которые не позволяют блуждающий ток для протекания, а также может иметь защитные кольца вокруг входных клемм. Специальные изолирующие устройства-усилители включают высоковольтные изолирующие перегородки между входом и выходом, позволяющие подключаться к цепям, находящимся под напряжением 1 кВ или более.

Самый первый точечные транзисторы использовала металлическую упаковку в виде картриджа с отверстием, которое позволяло регулировать усы, используемые для контакта с германий кристалл; такие устройства были распространены недолго, поскольку были разработаны более надежные и менее трудоемкие типы.[1]

Стандарты

Как вакуумные трубки стандарты на корпусы полупроводников могут быть определены национальными или международными отраслевыми ассоциациями, такими как JEDEC, Pro Electron, или EIAJ, или могут быть собственностью одного производителя.

  • Разное дискретное сквозное отверстие компоненты

  • Микропроцессор в керамике, двухрядный корпус с 48 контактами.

  • Пример кремниевой пластины; отдельные устройства нельзя использовать до упаковки

  • Пластиковый двухрядный корпус, содержащий аналоговую интегральную схему, которую можно установить в розетку или непосредственно припаять к печатной плате.

  • Слабый ток тиристор и устройство большой мощности с резьбовой шпилькой для крепления к радиатору и гибким проводом; такие пакеты используются для устройств на сотни ампер.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c d Ллойд П. Хантер (ред.), Справочник по полупроводниковой электронике, McGraw Hill, 1956, каталог Библиотеки Конгресса 56-6869, без ISBN главы 9.
  2. ^ Инструменты Техаса. «Качество и бессвинцовые (Pb-free): правила маркировки. » Проверено 6 августа 2015 года.
  3. ^ Веб-музей старинных калькуляторов: часто задаваемые вопросы:«Коды дат на электронных компонентах и ​​печатных платах» Проверено 23 апреля 2020.
  4. ^ Рональд К. Бурек, Технический дайджест Johns Hopkins APL. «Твердотельные регистраторы данных NEAR. » 1998. Проверено 6 августа 2015 года.
  5. ^ Кейан Беннасёр, Nature.com. «Механический флип-чип для устройств со сверхвысокой подвижностью электронов. » 22 сентября 2015 г. 23 апреля 2015 г.
  6. ^ Майкл Пехт (редактор) Рекомендации по проектированию корпусов интегральных схем, гибридных и многокристальных модулей: акцент на надежности, Wiley-IEEE, 1994 г. ISBN  0-471-59446-6, стр.183

внешние ссылки