Płytka PCB podłoża układów scalonych: fascynujący temat, który warto poznać

Słowa kluczowe; podłoże IC, Podłoże IC Chiny

Wraz z gwałtownym rozwojem nowych typów układów scalonych, takich jak CSP (pakiet w skali chipa) i BGA (kratka kulista), rozwijało się podłoże IC. Wymaga to nowych nośników pakietów. Zarówno pod względem zastosowań, jak i popularności, podłoże IC PCB zdetonowało wraz z elastyczno-sztywnymi PCB dowolnej warstwy oraz obwodami drukowanymi HDI jako jednym z najbardziej zaawansowanych PCB (Płytka Drukowana). Znajdują one zastosowanie w gadżetach i aktualizacjach telekomunikacyjnych.

Podłoże IC

Używane w pakowaniu odsłoniętych układów scalonych, podłoże IC jest rodzajem płytki bazowej. Podłoże IC odgrywa kluczową rolę w łączeniu płytki drukowanej z chipem. Skutecznie chwytając półprzewodnikowy układ scalony, prowadząc do połączenia chipa z PCB, a także wzmacniając, podtrzymując i chroniąc chip IC, układy scalone należą do produktów pośrednich. Zapewnia również ścieżkę dla rozpraszania ciepła.

Jako łącznik między płytkami drukowanymi a chipem półprzewodnikowym, podłoże układu scalonego odgrywa istotną rolę. Pełni funkcję kanału. Aby zapewnić gęstość połączeń przewyższającą możliwości producentów PCB, wymaga to ograniczeń dla producentów układów scalonych podczas procesu wytwarzania podłoża IC. W zakresie umiejętności chemicznych dotyczących projektów wysokiej gęstości, producenci będą wymagać sprawdzonych rozwiązań i specjalizacji.

Używane do pakowania odsłoniętych chipów IC (układów scalonych), podłoże IC jest rodzajem płytki bazowej. IC należy do produktu pośredniego z następującymi funkcjami: Łączenie płytki drukowanej i chipa:

• Chwyta półprzewodnikowy chip IC;
• Zawiera wewnętrzne prowadzenie do łączenia PCB i chipa;
• Zapewniając tunel rozpraszania ciepła, może podtrzymywać, wzmacniać i chronić chip IC.

Podłoże układów scalonych dzieli się na różne kategorie i są one szczególnie zróżnicowane. Przyjrzymy się różnym typom w każdej kategorii, aby lepiej zrozumieć całość.

Rodzaje Podłoża IC

Klasyfikacja według cech pakietu

• Podłoże IC BGA: Pod względem wydajności elektrycznej i rozpraszania ciepła, ten typ podłoża IC sprawdza się dobrze. Może znacznie zwiększyć liczbę wyprowadzeń chipa. Dlatego nadaje się dla pakietu IC z liczbą pinów przekraczającą 300.
• Podłoże IC CSP: CSP, będące rodzajem pakietu jednoukładowego, charakteryzuje się miniaturowymi rozmiarami i lekkością. Jego rozmiar jest zbliżony do układu scalonego. Podłoże IC CSP jest głównie stosowane w produktach elektronicznych, telekomunikacyjnych oraz pamięciach o niewielkiej liczbie pinów.
• Podłoże IC FC: FC (Flip Chip) to rodzaj pakietu poprzez odwrócenie chipa, charakteryzujący się dobrą rozpraszalnością ciepła, niskimi stratami w obwodzie, niską impedancją sygnału i dobrze wykonaną wydajnością.

Podłoże IC MCM: Moduł wieloukładowy (MCM) jest rodzajem podłoża IC z Chin. Chipy o różnych funkcjach są umieszczane w jednym pakiecie. Dzięki cechom takim jak miniaturyzacja, cienkość, lekkość i zwartość, produkt może być idealnym rozwiązaniem. Zazwyczaj ten rodzaj podłoża nie sprawdza się tak dobrze w precyzyjnym prowadzeniu ścieżek, rozpraszaniu ciepła, impedancji sygnału itp., ponieważ wiele chipów jest pakowanych razem.

Klasyfikacja według właściwości materiału

• Sztywne podłoże IC: Jest wykonane głównie z żywicy ABF, żywicy BT lub żywicy epoksydowej. Jego współczynnik rozszerzalności cieplnej wynosi około 13 do 17 ppm/°C.
• Elastyczne podłoże IC: Charakteryzuje się współczynnikiem rozszerzalności cieplnej od 13 do 27 ppm/°C i jest wykonane głównie z żywicy PE lub PI.
• Ceramiczne podłoże IC: Jest wykonane głównie z materiałów ceramicznych, takich jak węglik krzemu, azotek glinu lub tlenek glinu. Charakteryzuje się stosunkowo niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej, wynoszącym około 6 do 8 ppm/°C.

Klasyfikacja według posiadanych innowacyjnych rozwiązań chwytających

• Chwytanie FC

• TAB (Zrobotyzowane chwytanie taśmowe)

• Chwytanie drutowe

Zastosowania obwodów drukowanych na podłożach IC

W urządzeniach elektronicznych o zaawansowanych możliwościach, smukłości i lekkości, takich jak tablety, komputery PC, telefony komórkowe oraz sprzęt w dziedzinach opieki klinicznej, telekomunikacji, wojskowości, lotnictwa i sterowania przemysłowego, głównie stosuje się obwody drukowane na podłożach IC.

Od podobnych do podłoża obwodów drukowanych, przez konwencjonalne obwody drukowane HDI i wielowarstwowe obwody drukowane, aż po obwody drukowane na podłożach IC, sztywne obwody drukowane przeszły pełną serię ewolucji. Przy zbliżonym procesie wytwarzania do skali półprzewodnikowej, SLP jest po prostu rodzajem sztywnych obwodów drukowanych.

Proces wytwarzania obwodu drukowanego na podłożu IC

Pomiędzy układem scalonym a obwodem drukowanym, podłoże układu scalonego pełni funkcję podstawowego połączenia. Osiąga to poprzez sieć przewodzących otworów i ścieżek.

Kroki produkcyjne

• Inżynieria i metalizacja miedzi: W systemie produkcyjnym jest to pierwszy krok. Obejmuje on technologię metalizacji i inżynierię miedzi, analogicznie do innych aspektów mechanicznych, takich jak kontrola i technologia kompensacji obwodu, technologia wytwarzania cienkich ścieżek oraz jednolita kontrola grubości miedziowanej.

• Maska lutownicza: Następuje po cyklu miedziowania i inżynierii. W masce lutowniczej dla obwodu drukowanego na podłożu układu scalonego dostępne są technologie druku maski i wypełniania otworów. Obwody drukowane na podłożach IC konsekwentnie pozwalają na różnicę poziomu podłoża poniżej dziesięciu mikrometrów pomiędzy podkładką a maską lutowniczą. Jednakże nie zaleca się dopuszczania różnicy przekraczającej piętnaście mikrometrów.

• Wykończenie powierzchni: Zapewnienie jednolitej grubości wykończenia powierzchni jest istotne na tym etapie. Stosuje się wykończenia powierzchni ENIG i ENEPIG, które są wystarczające we wszystkich przypadkach.

• Testy niezawodności i analiza: To ostatni krok wytwarzania podłoża IC. Pod względem jakości, a także niezawodności, podłoże układu scalonego musi zostać tutaj zbadane. Jednakże technologia wykorzystywana w przeglądzie i testowaniu niezawodności różni się od tych stosowanych w standardowych płytkach obwodów drukowanych.

Niemniej jednak, pomimo wskazanych powyżej kroków, istotne jest zrozumienie, że system produkcyjny obwodu drukowanego na podłożu układu scalonego nie jest prosty.

Obudowa IC

Często pojawia się jako ostatni krok w produkcji urządzeń półprzewodnikowych. Na tym etapie półprzewodnik otrzymuje obudowę chroniącą układ scalony przed związanym z wiekiem zużyciem lub niekorzystnymi czynnikami zewnętrznymi. Obudowa z założenia chroni blok, a także zapewnia styki elektryczne. Przekazują one sygnały do obwodu drukowanego urządzenia elektronicznego.

Począwszy od obudów BGA lat 70., technologia obudowy IC ewoluowała, gdy zyskały one popularność wśród producentów obudów elektronicznych. Jednak od początku XXI wieku nowsze opcje i wersje przyćmiły obudowy typu pin grid array. W takich innowacjach zawarte są obudowy plastikowe quad flat pack oraz małe cienkie obudowy. Obecnie istnieją bardziej zaawansowane technologie obudowy, takie jak FCBGA. Jest to ulepszenie obudów typu land grid array.

Ostatni szlif

Do łączenia układu scalonego i obwodu drukowanego, podłoża IC są istotne w sprzęcie elektronicznym. Gdy chodzi o udany lub nieudany projekt IC dla Twojej aplikacji elektronicznej, zrozumienie każdego szczegółu na ich temat może stanowić różnicę z tego powodu. Dlatego projektując swoje podłoża IC dla lepszego wyniku, należy wziąć pod uwagę omówione aspekty.