Sustratos IC: La Base para el Empaquetado de Circuitos Integrados

Palabras clave: Sustrato para encapsulado de IC

Los sustratos laminados, los marcos de conexión, el alambre de unión, los materiales de encapsulado, el material de relleno inferior, los materiales de adhesión del chip, los dieléctricos para encapsulado a nivel de oblea (WLP) y los productos químicos para galvanoplastia en WLP se encuentran entre los materiales más comunes utilizados en el encapsulado de circuitos integrados. Estos materiales se utilizan para proteger y conectar los chips de CI a dispositivos externos, como las placas de circuito impreso (PCB), así como para proporcionar control térmico y soporte.

Dado que los sustratos laminados constituyen la gran mayoría de la industria de sustratos para encapsulado de IC, los examinaremos con más detalle. Los sustratos de Circuito Integrado (CI) son los materiales base utilizados en los encapsulados de CI que protegen y facilitan las conexiones entre el CI y la red de trazas en la PCB. Estos sustratos incluyen numerosas capas, un núcleo de soporte en el centro, una red de orificios perforados y almohadillas conductoras, lo que los hace más difíciles de fabricar que las PCB tradicionales.

Clasificaciones de los sustratos IC

Los sustratos IC pueden clasificarse según los materiales, la estructura y las técnicas de fabricación. A continuación se presentan algunas clases típicas de sustratos IC:

• Clasificación basada en materiales: Los sustratos IC pueden estar construidos de una variedad de materiales, incluyendo silicio, cerámica y materiales orgánicos como poliamida, FR4 o resina BT.
• Clasificación basada en la estructura: Existen dos categorías de sustratos IC: de una sola capa o multicapa. Los sustratos de una sola capa se utilizan en circuitos de baja densidad, y los sustratos multicapa se emplean en circuitos de alta densidad.
• Clasificación basada en el proceso de fabricación: El método de fabricación utilizado puede determinar la clasificación de los sustratos IC. El método puede ser semi-aditivo, aditivo o sustractivo.
• Clasificación basada en la técnica: La técnica utilizada, como la tecnología de unión por alambre (wire-bonding) o flip-chip, indica la clasificación de los sustratos IC.
• Clasificación basada en la aplicación: Sus aplicaciones, como dispositivos de potencia, CPUs, memoria, sensores y otros, también clasifican los sustratos IC. Los sustratos IC apropiados se eligen para una aplicación determinada según la confiabilidad, el rendimiento y el costo con la ayuda de estas categorías.

Los sustratos IC se dividen en tres categorías: tipo de encapsulado o empaquetado, método de unión y atributos/características del material.

Tipo de encapsulado

El tipo de sustrato para encapsulado de IC describe el portador utilizado para el sustrato IC. Existen varios tipos de encapsulados o empaquetados, que incluyen:

• Sustrato IC tipo Ball Grid Array: Este sustrato es adecuado para encapsulados de circuitos integrados con más de 300 pines. Proporciona un buen rendimiento eléctrico y disipación de calor.

• Sustrato IC para encapsulado a escala de chip: Esta forma de sustrato es pequeña y delgada, lo que la hace ideal para encapsulados de un solo chip con un bajo número de pines (CSPs).

• Sustratos IC tipo Flip-chip: Los sustratos IC tipo flip-chip son los más adecuados para conexiones de chip de colapso controlado en un encapsulado a escala de chip de tipo flip-chip (FCCSP). Proporciona una disipación de calor efectiva y protección contra la pérdida de circuito y la interferencia de señal.
• Sustrato IC para módulo multichip: Este estilo de encapsulado contiene numerosos CIs, cada uno con un propósito distinto. El sustrato debe ser liviano, pero debido a la naturaleza de los CI MCM, puede no tener un enrutamiento excelente, una buena disipación de calor o una baja interferencia de señal.

Tecnología de Unión

Esto se refiere a cómo un circuito integrado se conecta al encapsulado o al circuito externo. La tecnología de unión se clasifica en numerosas categorías, que incluyen:

• Unión por cable: El tipo de unión más común implica enhebrar cables desde los conectores del chip hasta el paquete/portador o circuito externo.
• Unión Automatizada por Cinta (TAB): El término "unión automatizada por cinta" (TAB) describe el método de conectar un circuito integrado a conductores finos en un sustrato hecho de polímeros para crear circuitos impresos flexibles (FPC).
• Unión Flip Chip (FC): La unión Flip Chip (FC) típicamente se realiza con la ayuda de bolas/protuberancias de soldadura para formar interconexiones. La unión puede formarse mediante un adhesivo polimérico, una unión soldada o contacto de soldadura.

Atributos del Material

Los requisitos de materiales para circuitos integrados varían según su función. Los siguientes son algunos de los materiales de sustrato más populares:

La resina se utiliza para fabricar sustratos rígidos y puede incluir película de Bismaleimida Triazina (BT) (ABF), Epoxi o material de acumulación Ajinomoto.

• Las resinas de poliamida o materiales de poliamida se utilizan en sustratos Flex. Ambos muestran coeficientes de expansión térmica y propiedades eléctricas similares.
• El material cerámico, como óxido de aluminio, carburo de silicio o nitruro de aluminio, se utiliza a menudo para fabricar este tipo de sustrato.

Aplicaciones de sustratos laminados

En el sector electrónico, los sustratos laminados ofrecen un amplio espectro de aplicaciones. Las aplicaciones más populares del sustrato IC PCB incluyen:

• Microprocesadores: los microprocesadores, el cerebro de los dispositivos electrónicos, emplean frecuentemente sustratos IC PCB. La operación del microprocesador tiene a los PCB como un componente vital, ya que facilitan una base sólida para la fijación de los chips del microprocesador.
• Módulos de memoria: los módulos de memoria hacen uso de los sustratos IC PCB. Los módulos de memoria son partes vitales de los dispositivos electrónicos. Para fijar los chips de memoria, estos PCB sirven como un sustrato. También aseguran la eficiencia y fiabilidad de los módulos de memoria.
• Electrónica de consumo: dispositivos electrónicos de consumo como portátiles, tabletas y smartphones utilizan sustratos IC PCB en su interior. Estos PCB proporcionan una base pequeña y ligera para instalar los diferentes componentes del dispositivo.
• Electrónica industrial: una gran cantidad de aplicaciones industriales, incluidos control, robótica y automatización, utilizan sustratos IC PCB. Para fijar los numerosos componentes eléctricos incluidos en estos sistemas, estos PCB ofrecen un sustrato confiable y robusto.

Para otros componentes electrónicos, sistemas de infoentretenimiento y unidades de control del motor, la electrónica automotriz emplea sustratos IC PCB. Estos PCB están diseñados para soportar las exigentes condiciones de las aplicaciones automotrices, al tiempo que proporcionan un rendimiento eficiente.

Características de los sustratos laminados

Un sustrato de circuito integrado (sustrato IC) es un componente crítico en dispositivos electrónicos, y posee numerosas propiedades básicas que son necesarias para su correcto funcionamiento. Algunas de las propiedades principales de un sustrato IC son:

• Características eléctricas: Las propiedades eléctricas de un sustrato IC son importantes para su funcionamiento exitoso. El sustrato, para una transmisión adecuada de señales, debe tener suficiente integridad de señal y una resistencia eléctrica mínima.
• Conductividad térmica: Para dispersar eficientemente el calor generado por los IC, los sustratos IC deben ser muy conductores térmicamente. Esta característica evita el sobrecalentamiento y el mal funcionamiento de los IC.
• Resistencia mecánica: Durante el ensamblaje y la manipulación, el sustrato IC soporta impactos y tensiones físicas. Por lo tanto, debe ser extremadamente fuerte.
• Propiedades dieléctricas: Para mantener la integridad de la señal y minimizar la pérdida de señal, los sustratos IC deben tener una constante dieléctrica alta.
• Resistencia química: A lo largo de los procedimientos de prueba y fabricación, los sustratos IC se exponen a diferentes productos químicos. Por lo tanto, debe ser altamente resistente a los químicos.
• Cualidades superficiales: Para la adhesión de cables de unión y capas de película delgada a depositar, la superficie de un sustrato IC debe tener altas propiedades de adhesión.
• Compatibilidad: Para un rendimiento y funcionamiento eficientes, los sustratos IC y las tecnologías de encapsulado de IC deben ser compatibles entre sí.
• Costo: El sustrato IC debe tener un precio razonable para que el dispositivo electrónico terminado sea rentable.

Conclusión

Este tutorial exhaustivo cubre todos los elementos del sustrato de encapsulado de IC, que son comparables a los sustratos de PCB pero más especializados debido a su tamaño y materiales. La fabricación exitosa de sustratos de IC y PCB requiere un fabricante experto que pueda obtener los mejores materiales y utilizar tecnologías de vanguardia para fabricar placas de circuito excelentes. Para soportar las exigentes condiciones de las aplicaciones automotrices, estos PCB están diseñados proporcionando un rendimiento eficiente. Para otros componentes electrónicos, sistemas de infoentretenimiento y unidades de control del motor, la electrónica automotriz emplea PCB de sustrato IC. Para soportar las exigentes condiciones de las aplicaciones automotrices, estos PCB están diseñados proporcionando un rendimiento eficiente. Los sustratos de Circuito Integrado (IC) son los materiales base utilizados en los encapsulados de IC que protegen y facilitan las conexiones entre el IC y la red de trazas en el PCB.