IC-substraat: De Basis voor Geïntegreerde Schakelingpakketten

Trefwoorden: IC-substraat

Gelamineerde substraten, leadframes, bonddraad, inkapselingsmaterialen, underfill, die-attach-materialen, WLP-dielektrica (Wafer-Level Packaging) en WLP-galvanische chemicaliën behoren tot de meest gebruikte materialen in geïntegreerde-circuitverpakking. Deze materialen worden gebruikt om IC-chips af te schermen en te verbinden met externe apparaten zoals printplaten (PCB's), en om thermische regulatie en ondersteuning te bieden.

Omdat gelamineerde substraten de overgrote meerderheid van de IC-substraatindustrie uitmaken, zullen we deze in meer detail bespreken. IC-substraten (Integrated Circuit) zijn de basismaterialen die in IC-pakketten worden gebruikt om de IC te beschermen en verbindingen tussen de IC en het sporennetwerk op de printplaat mogelijk te maken. Deze substraten omvatten talrijke lagen, een ondersteunende kern in het midden, een netwerk van boorgaten en geleiderpads, waardoor ze moeilijker te fabriceren zijn dan traditionele printplaten.

Classificaties van IC-substraten

IC-substraten kunnen worden geclassificeerd op basis van materialen, structuur en fabricagetechnieken. Hieronder staan enkele typische klassen van IC-substraten:

• Op materiaal gebaseerde classificatie: IC-substraten kunnen worden gemaakt van verschillende materialen, waaronder silicium, keramiek en organische materialen zoals polyimide, FR4 of BT-hars.
• Op structuur gebaseerde classificatie: IC-substraten vallen in twee categorieën: enkellaags of meerlaags. Enkellaags substraten worden gebruikt in circuits met lage dichtheid, en circuits met hoge dichtheid gebruiken meerlaagse substraten.
• Op fabricageproces gebaseerde classificatie: de gebruikte fabricagemethode kan de classificatie van IC-substraten bepalen. De methode kan semi-additief, additief of subtractief zijn.
• Op techniek gebaseerde classificatie: de gebruikte techniek, zoals wire-bonding of flip-chip-technologie, toont de classificatie van IC-substraten.
• Op toepassing gebaseerde classificatie: hun toepassingen, zoals vermogensapparaten, CPU's, geheugen, sensoren en andere, classificeren ook IC-substraten. Met behulp van deze categorieën worden de geschikte IC-substraten gekozen voor een bepaalde toepassing op basis van betrouwbaarheid, prestaties en kosten.

IC-substraten worden onderverdeeld in drie categorieën: pakket- of verpakkingstype, verbindingsmethode en materiaaleigenschappen/kenmerken.

Verpakkingstype

Het IC-substraattype beschrijft de drager die voor het IC-substraat wordt gebruikt. Er zijn verschillende soorten pakketten of verpakkingen, waaronder:

• Ball Grid Array IC-substraat: Dit substraat is geschikt voor geïntegreerde-circuitpakketten met meer dan 300 pinnen. Het biedt goede elektrische prestaties en warmteafvoer.

• Chip-scale verpakking IC-substraat: Deze vorm van substraat is klein en dun, waardoor het ideaal is voor enkelchip-pakketten met een laag aantal pinnen (CSP's).

• Flip-chip IC-substraten: Flip-chip IC-substraten zijn het meest geschikt voor gecontroleerde inzakking-chipverbindingen in een flip-chip chip-scale pakket (FCCSP). Het biedt effectieve warmteafvoer en bescherming tegen circuitverlies en signaalinterferentie.
• Multi-chip module IC-substraat: Deze stijl van verpakking bevat talrijke IC's, elk met een onderscheiden doel. Het substraat moet lichtgewicht zijn, maar vanwege de aard van MCM-IC's heeft het mogelijk geen uitstekende routing, warmteafvoer of goede signaalinterferentie.

Verbindingstechnologie

Dit verwijst naar hoe een geïntegreerd circuit verbinding maakt met de verpakking of externe bedrading. Verbindingstechnologie is onderverdeeld in talrijke categorieën, waaronder:

• Draadverbinding: De meest voorkomende soort verbinding omvat het doorrijgen van draden van de aansluitpunten van de chip naar de behuizing/drager of het externe circuit.
• Tape Automated Bonding (TAB): De term "tape automated bonding" (TAB) beschrijft de methode om een geïntegreerde schakeling te verbinden met fijne geleiders in een substraat van polymeren om flexibele printplaten (FPC) te creëren.
• Flip Chip (FC) verbinding: Flip Chip (FC) verbinding wordt typisch ondersteund door het gebruik van soldeerballen/-bultjes om interconnecties te vormen. De verbinding kan worden gevormd via een polymerenlijm, een gelaste verbinding of soldeercontact.

Materiaaleigenschappen

De materiaaleisen voor geïntegreerde schakelingen variëren op basis van hun functie. Hieronder volgen enkele van de meest populaire substraatmaterialen:

Hars wordt gebruikt om rigide substraten te maken en kan Bismaleimide Triazine (BT) Film (ABF), Epoxy of Ajinomoto Build-up materiaal bevatten.

• Polyamideharsen of polyimide materialen worden gebruikt in flexibele substraten. Beide vertonen vergelijkbare thermische uitzettingscoëfficiënten en elektrische eigenschappen.
• Keramisch materiaal, zoals aluminiumoxide, siliciumcarbide of aluminiumnitride, wordt vaak gebruikt om dit soort substraat te maken.

Toepassingen van gelamineerde substraten

In de elektronicasector bieden gelamineerde substraten een enorm breed toepassingsgebied. De populairste toepassingen van IC-substraat printplaten zijn onder andere:

• Microprocessors: microprocessors, de hersenen van elektronische apparaten, gebruiken vaak IC-substraat printplaten. De werking van de microprocessor heeft de printplaten als een cruciaal onderdeel, omdat ze een stevige basis faciliteren voor de bevestiging van de microprocessorchips.
• Geheugenmodules: geheugenmodules maken gebruik van de IC-substraat printplaten. De geheugenmodules zijn vitale onderdelen van elektronische apparaten. Voor het bevestigen van geheugenchips dienen deze printplaten als substraat. Ze verzekeren ook de efficiëntie en betrouwbaarheid van de geheugenmodules.
• Consumentenelektronica: Consumentenelektronica zoals laptops, tablets en smartphones gebruiken IC-substraat printplaten. Deze printplaten bieden een kleine en lichtgewicht basis voor het installeren van de verschillende componenten van het apparaat.
• Industriële elektronica: Een groot aantal industriële toepassingen, waaronder besturing, robotica en automatisering, gebruiken IC-substraat printplaten. Voor het bevestigen van de vele elektrische componenten in deze systemen bieden deze printplaten een betrouwbaar en robuust substraat.

Voor andere elektronische componenten, infotainmentsystemen en motorregelunits gebruiken automotive elektronica IC-substraat printplaten. Deze printplaten zijn ontworpen om de veeleisende omstandigheden van automotive toepassingen te weerstaan, terwijl ze efficiënte prestaties leveren.

Kenmerken van gelamineerde substraten

Een geïntegreerd schakelingssubstraat (IC-substraat) is een kritieke component in elektronische apparaten, en het heeft talrijke basiseigenschappen die nodig zijn voor een goede werking. Enkele van de primaire eigenschappen van een IC-substraat zijn:

• Elektrische eigenschappen: De elektrische eigenschappen van een IC-substraat zijn belangrijk voor een succesvolle werking. Het substraat moet, voor een goede signaaloverdracht, voldoende signaalintegriteit en minimale elektrische weerstand hebben.
• Warmtegeleiding: Om de door de IC's gegenereerde warmte efficiënt af te voeren, moeten IC-substraten zeer thermisch geleidend zijn. Deze eigenschap voorkomt oververhitting en storingen van de IC's.
• Mechanische sterkte: Tijdens assemblage en hantering wordt het IC-substraat blootgesteld aan fysieke schokken en spanning. Daarom moet het uiterst sterk zijn.
• Diëlektrische eigenschappen: Om de signaalintegriteit te behouden en signaalverlies te minimaliseren, moeten IC-substraten een hoge diëlektrische constante hebben.
• Chemische bestendigheid: Gedurende de test- en fabricageprocedures worden de IC-substraten blootgesteld aan verschillende chemicaliën. Daarom moet het zeer chemisch bestendig zijn.
• Oppervlaktekwaliteiten: Voor de hechting van bonddraden en af te zetten dunne filmlagen moet het oppervlak van een IC-substraat hoge hechtingseigenschappen hebben.
• Compatibiliteit: Voor efficiënte prestaties en werking moeten de IC-substraten en de IC-verpakkings technologieën compatibel met elkaar zijn.
• Kosten: Het IC-substraat moet redelijk geprijsd zijn voor het kosteneffectieve voltooide elektronische apparaat.

Conclusie

Deze grondige tutorial behandelt alle elementen van IC-verpakkingssubstraat, die vergelijkbaar zijn met printplaat substraten maar gespecialiseerder vanwege hun grootte en materialen. De succesvolle fabricage van IC- en printplaat substraten vereist een expertfabrikant die de beste materialen kan verkrijgen en gebruik kan maken van geavanceerde technologieën om uitstekende printplaten te maken. Om de veeleisende omstandigheden van automotive toepassingen te doorstaan, zijn deze printplaten ontworpen terwijl ze efficiënte prestaties leveren. Voor andere elektronische componenten, infotainmentsystemen en motorregelunits gebruiken automotive elektronica IC-substraat printplaten. Om de veeleisende omstandigheden van automotive toepassingen te doorstaan, zijn deze printplaten ontworpen terwijl ze efficiënte prestaties leveren. Geïntegreerde Circuit (IC) substraten zijn de basismaterialen die worden gebruikt in IC-pakketten die het IC beschermen en verbindingen tussen het IC en het sporennetwerk op de printplaat mogelijk maken.