Substrato IC: La Base per l'Incapsulamento dei Circuiti Integrati

Parole chiave: substrato per imballaggio IC

I substrati laminati, i telai di piombo, il filo di bonding, i materiali di incapsulamento, l'underfill, i materiali di attacco del die, i dielettrici per imballaggio a livello di wafer (WLP) e i prodotti chimici per placcatura WLP sono tra i materiali più comuni utilizzati nell'imballaggio dei circuiti integrati. Questi materiali sono utilizzati per proteggere e collegare i chip IC a dispositivi esterni come i circuiti stampati (PCB), nonché per fornire controllo termico e supporto.

Poiché i substrati laminati costituiscono la stragrande maggioranza dell'industria dei substrati per imballaggio IC, li esamineremo più in dettaglio. I substrati per circuiti integrati (IC) sono i materiali di base utilizzati nei pacchetti IC che proteggono e facilitano le connessioni tra l'IC e la rete di tracce sul PCB. Questi substrati includono numerosi strati, un nucleo di supporto al centro, una rete di fori e pad conduttori, rendendoli più difficili da produrre rispetto ai PCB tradizionali.

Classificazioni dei substrati IC

I substrati IC possono essere classificati in base ai materiali, alla struttura e alle tecniche di fabbricazione. Di seguito sono riportate alcune classi tipiche di substrati IC:

• Classificazione basata sul materiale: I substrati IC possono essere costruiti con una varietà di materiali, tra cui silicio, ceramica e materiali organici come poliammide, FR4 o resina BT.
• Classificazione basata sulla struttura: Esistono due categorie di substrati IC: a singolo strato o multistrato. I substrati a singolo strato sono utilizzati nei circuiti a bassa densità, mentre i substrati multistrato sono impiegati nei circuiti ad alta densità.
• Classificazione basata sul processo di fabbricazione: Il metodo di produzione utilizzato può determinare la classificazione dei substrati IC. Il metodo può essere semi-additivo, additivo o sottrattivo.
• Classificazione basata sulla tecnica: La tecnica utilizzata, come la tecnologia wire-bonding o flip-chip, indica la classificazione dei substrati IC.
• Classificazione basata sull'applicazione: Anche le loro applicazioni, come dispositivi di potenza, CPU, memoria, sensori e altri, classificano i substrati IC. I substrati IC appropriati vengono scelti per una determinata applicazione in base all'affidabilità, alle prestazioni e al costo con l'aiuto di queste categorie.

I substrati IC sono suddivisi in tre categorie: tipo di pacchetto o imballaggio, metodo di bonding e attributi/caratteristiche del materiale.

Tipo di imballaggio

Il tipo di substrato per imballaggio IC descrive il supporto utilizzato per il substrato IC. Esistono vari tipi di pacchetti o imballaggi, tra cui:

• Substrato IC a matrice di sfere (BGA): Questo substrato è adatto per pacchetti di circuiti integrati con più di 300 pin. Offre buone prestazioni elettriche e dissipazione del calore.

• Substrato IC per imballaggio a scala di chip (CSP): Questa forma di substrato è piccola e sottile, rendendola ideale per pacchetti a chip singolo con un basso numero di pin (CSP).

• Substrati IC flip-chip: I substrati IC flip-chip sono più adatti per connessioni a chip a collasso controllato in un pacchetto a scala di chip flip-chip (FCCSP). Forniscono una protezione efficace contro la dissipazione del calore, la perdita del circuito e l'interferenza del segnale.
• Substrato IC per modulo multi-chip (MCM): Questo stile di imballaggio contiene numerosi IC, ciascuno con uno scopo distinto. Il substrato deve essere leggero, ma a causa della natura degli IC MCM, potrebbe non avere un eccellente routing, dissipazione del calore o una buona protezione dall'interferenza del segnale.

Tecnologia di Bonding

Questo si riferisce al modo in cui un circuito integrato si collega all'imballaggio o al circuito esterno. La tecnologia di bonding è classificata in numerose categorie, che includono:

• Wire Bonding: Il tipo di bonding più comune prevede il passaggio di fili dai connettori del chip al package/portatore o al circuito esterno.
• Tape Automated Bonding (TAB): Il termine "tape automated bonding" (TAB) descrive il metodo di collegamento di un circuito integrato a sottili conduttori in un substrato di polimeri per creare circuiti stampati flessibili (FPC).
• Flip Chip (FC) bonding: Il Flip Chip (FC) bonding è tipicamente realizzato con l'ausilio di sfere/protuberanze di saldatura per formare le interconnessioni. Il legame può essere formato tramite colla polimerica, giunzione saldata o contatto di saldatura.

Attributi del Materiale

I requisiti dei materiali per i circuiti integrati variano in base alla loro funzione. Di seguito sono riportati alcuni dei materiali per substrati più diffusi:

La resina è utilizzata per realizzare substrati rigidi e può includere film Bismaleimide Triazina (BT), materiale Epoxy o Ajinomoto Build-up (ABF).

• Le resine poliammidiche o i materiali in poliammide sono utilizzati nei substrati flessibili. Entrambi mostrano coefficienti di espansione termica e proprietà elettriche simili.
• Il materiale ceramico, come l'ossido di alluminio, il carburo di silicio o il nitruro di alluminio, è spesso utilizzato per realizzare questo tipo di substrato.

Applicazioni dei substrati laminati

Nel settore elettronico, i substrati laminati offrono un vastissimo campo di applicazioni. Le applicazioni più comuni dei PCB in substrato IC includono:

• Microprocessori: i microprocessori, il cervello dei dispositivi elettronici, impiegano frequentemente PCB in substrato IC. Il funzionamento del microprocessore vede i PCB come componente vitale, in quanto facilitano una solida base per il fissaggio dei chip del microprocessore.
• Moduli di memoria: i moduli di memoria fanno uso dei PCB in substrato IC. I moduli di memoria sono parti vitali dei dispositivi elettronici. Per il fissaggio dei chip di memoria, questi PCB fungono da substrato. Garantiscono inoltre l'efficienza e l'affidabilità dei moduli di memoria.
• Elettronica di consumo: dispositivi di elettronica di consumo come laptop, tablet e smartphone utilizzano al loro interno PCB in substrato IC. Questi PCB forniscono una base compatta e leggera per installare i vari componenti del dispositivo.
• Elettronica industriale: un gran numero di applicazioni industriali, inclusi controllo, robotica e automazione, utilizzano PCB in substrato IC. Per il fissaggio dei numerosi componenti elettrici presenti in questi sistemi, questi PCB offrono un substrato affidabile e robusto.

Per altri componenti elettronici, sistemi di infotainment e unità di controllo del motore, l'elettronica automobilistica impiega PCB in substrato IC. Questi PCB sono progettati per resistere alle condizioni impegnative delle applicazioni automobilistiche, garantendo al contempo prestazioni efficienti.

Caratteristiche dei substrati laminati

Un substrato per circuito integrato (substrato IC) è un componente critico nei dispositivi elettronici e possiede numerose proprietà fondamentali necessarie per il suo corretto funzionamento. Alcune delle proprietà primarie di un substrato IC sono:

• Caratteristiche elettriche: Le proprietà elettriche di un substrato IC sono importanti per il suo funzionamento efficace. Il substrato, per una corretta trasmissione del segnale, deve possedere sufficiente integrità del segnale e una resistenza elettrica minima.
• Conducibilità termica: Per disperdere efficientemente il calore generato dagli IC, i substrati IC devono essere altamente conduttivi termicamente. Questa caratteristica previene il surriscaldamento e il malfunzionamento degli IC.
• Resistenza meccanica: Durante l'assemblaggio e la manipolazione, il substrato IC sopporta urti e sollecitazioni fisiche. Pertanto, deve essere estremamente robusto.
• Proprietà dielettriche: Per mantenere l'integrità del segnale e minimizzare la perdita di segnale, i substrati IC devono avere una costante dielettrica elevata.
• Resistenza chimica: Durante le procedure di test e produzione, i substrati IC sono esposti a diverse sostanze chimiche. Pertanto, devono essere altamente resistenti chimicamente.
• Qualità superficiali: Per l'adesione dei fili di bonding e degli strati sottili da depositare, la superficie di un substrato IC deve avere elevate proprietà adesive.
• Compatibilità: Per prestazioni e funzionamento efficienti, i substrati IC e le tecnologie di incapsulamento degli IC devono essere compatibili tra loro.
• Costo: Il substrato IC deve avere un prezzo ragionevole per il dispositivo elettronico finito economicamente vantaggioso.

Conclusione

Questo tutorial approfondito copre tutti gli elementi del substrato per l'incapsulamento degli IC, che sono paragonabili ai substrati per PCB ma più specializzati a causa delle loro dimensioni e materiali. La fabbricazione efficace dei substrati per IC e PCB richiede un produttore esperto che possa ottenere i migliori materiali e utilizzare tecnologie all'avanguardia per realizzare circuiti stampati eccellenti. Per resistere alle condizioni impegnative delle applicazioni automobilistiche, questi PCB sono progettati garantendo prestazioni efficienti. Per altri componenti elettronici, sistemi di infotainment e unità di controllo del motore, l'elettronica automobilistica utilizza PCB con substrato IC. Per resistere alle condizioni impegnative delle applicazioni automobilistiche, questi PCB sono progettati garantendo prestazioni efficienti. I substrati per circuiti integrati (IC) sono i materiali di base utilizzati negli involucri degli IC che proteggono e facilitano le connessioni tra l'IC e la rete di tracce sul PCB.