Substrato de CI: A Base para a Embalagem de Circuitos Integrados

Palavras-chave: Substrato de embalagem de CI

Substratos laminados, armações de chumbo, fios de ligação, materiais de encapsulamento, preenchimento inferior, materiais de fixação do chip, dielétricos para Embalagem em Nível de Wafer (WLP) e produtos químicos para galvanoplastia em WLP estão entre os materiais mais comuns usados no embalamento de circuitos integrados. Esses materiais são usados para proteger e conectar os chips de CI a dispositivos externos, como placas de circuito impresso (PCBs), bem como para fornecer controle térmico e suporte.

Como os substratos laminados representam a grande maioria da indústria de substratos de embalagem de CI, vamos examiná-los com mais detalhes. Os Substratos de Circuito Integrado (CI) são os materiais de base usados nos pacotes de CI que protegem e facilitam as conexões entre o CI e a rede de trilhas na PCB. Esses substratos incluem numerosas camadas, um núcleo de suporte no centro, uma rede de furos e almofadas condutoras, tornando-os mais difíceis de fabricar do que as PCBs tradicionais.

Classificações dos Substratos de Ci

Os substratos de CI podem ser classificados de acordo com materiais, estrutura e técnicas de fabricação. Abaixo estão algumas classes típicas de substratos de CI:

• Classificação baseada em material: Os substratos de CI podem ser construídos de uma variedade de materiais, incluindo silício, cerâmica e materiais orgânicos, como poliamida, FR4 ou resina BT.
• Classificação baseada em estrutura: Existem duas categorias de substratos de CI: de camada única ou multicamada. Substratos de camada única são usados em circuitos de baixa densidade, e circuitos de alta densidade empregam substratos multicamada.
• Classificação baseada no processo de fabricação: O método de fabricação utilizado pode determinar a classificação dos substratos de CI. O método pode ser semi-aditivo, aditivo ou subtrativo.
• Classificação baseada em técnica: A técnica utilizada, como tecnologia de ligação por fio ou flip-chip, indica a classificação dos substratos de CI.
• Classificação baseada em aplicação: Suas aplicações, como dispositivos de potência, CPUs, memória, sensores e outros, também classificam os substratos de CI. Os substratos de CI apropriados são escolhidos para uma determinada aplicação de acordo com a confiabilidade, desempenho e custo com a ajuda dessas categorias.

Os substratos de CI são divididos em três categorias: tipo de pacote ou embalagem, método de ligação e atributos/características do material.

Tipo de embalagem

O tipo de substrato de embalagem de CI descreve o suporte usado para o substrato de CI. Existem vários tipos de pacotes ou embalagens, incluindo:

• Substrato de CI do tipo Ball Grid Array: Este substrato é adequado para pacotes de circuito integrado com mais de 300 pinos. Oferece bom desempenho elétrico e dissipação de calor.

• Substrato de CI para embalagem em escala de chip: Esta forma de substrato é pequena e fina, tornando-a ideal para pacotes de chip único com uma baixa contagem de pinos (CSPs).

• Substratos de CI do tipo flip-chip: Substratos de CI flip-chip são mais adequados para conexões de chip de colapso controlado em um pacote em escala de chip flip-chip (FCCSP). Fornece dissipação de calor eficaz e proteção contra perda de circuito e interferência de sinal.
• Substrato de CI para módulo multichip: Este estilo de embalagem contém numerosos CIs, cada um com um propósito distinto. O substrato deve ser leve, mas devido à natureza dos CIs MCM, pode não ter excelente roteamento, dissipação de calor ou boa interferência de sinal.

Tecnologia de Ligação

Isto se refere a como um circuito integrado se conecta à embalagem ou ao circuito externo. A tecnologia de ligação é classificada em numerosas categorias, que incluem:

• Wire Bonding: O tipo mais comum de ligação envolve a passagem de fios dos conectores do chip para o pacote/portador ou circuito externo.
• Tape Automated Bonding (TAB): O termo "ligação automatizada por fita" (TAB) descreve o método de conectar um circuito integrado a condutores finos em um substrato de polímeros para criar circuitos impressos flexíveis (FPC).
• Ligação Flip Chip (FC): A ligação Flip Chip (FC) é tipicamente auxiliada pelo uso de esferas/saliências de solda para formar interconexões. A ligação pode ser formada através de uma cola polimérica, junta soldada ou contato de solda.

Atributos do Material

Os requisitos de material para circuitos integrados variam com base em sua função. Seguem alguns dos materiais de substrato mais populares:

A resina é usada para fazer substratos rígidos e pode incluir Filme de Bismaleimida Triazina (BT), Epóxi ou material de construção Ajinomoto (ABF).

• Resinas de poliamida ou materiais de poliamida são usados em substratos Flex. Ambos apresentam coeficientes de expansão térmica e propriedades elétricas semelhantes.
• Material cerâmico, como óxido de alumínio, carbeto de silício ou nitreto de alumínio, é frequentemente usado para fazer este tipo de substrato.

Aplicações de Substratos Laminados

No setor eletrônico, os substratos laminados oferecem um enorme leque de aplicações. As aplicações mais populares do substrato de CI em PCBs incluem:

• Microprocessadores: os microprocessadores, os cérebros dos aparelhos eletrônicos, empregam frequentemente PCBs de substrato de CI. A operação do microprocessador tem as PCBs como um componente vital, pois facilitam uma base sólida para a fixação dos chips do microprocessador.
• Módulos de memória: os módulos de memória fazem uso das PCBs de substrato de CI. Os módulos de memória são partes vitais dos aparelhos eletrônicos. Para fixar os chips de memória, essas PCBs servem como um substrato. Elas também asseguram a eficiência e confiabilidade dos módulos de memória.
• Eletrônicos de consumo: Eletrônicos de consumo como laptops, tablets e smartphones usam PCBs de substrato de CI neles. Essas PCBs fornecem uma base pequena e leve para instalar os diferentes componentes do dispositivo.
• Eletrônica industrial: Um vasto número de aplicações industriais, incluindo controle, robótica e automação, usam PCBs de substrato de CI. Para fixar os muitos componentes elétricos incluídos nesses sistemas, essas PCBs oferecem um substrato confiável e robusto.

Para outros componentes eletrônicos, sistemas de infotenimento e unidades de controle do motor, a eletrônica automotiva emprega PCBs de substrato de CI. Para suportar as condições exigentes das aplicações automotivas, essas PCBs são projetadas para fornecer desempenho eficiente.

Características dos substratos laminados

Um substrato de circuito integrado (substrato de CI) é um componente crítico em dispositivos eletrônicos, e possui inúmeras propriedades básicas que são necessárias para seu funcionamento adequado. Algumas das propriedades primárias de um substrato de CI são:

• Características elétricas: As propriedades elétricas de um substrato de CI são importantes para seu funcionamento bem-sucedido. O substrato, para uma transmissão adequada de sinais, deve ter integridade de sinal suficiente e resistência elétrica mínima.
• Condutividade térmica: Para dissipar eficientemente o calor gerado pelos CIs, os substratos de CI devem ser muito condutores termicamente. Esta característica evita o superaquecimento e mau funcionamento dos CIs.
• Resistência mecânica: Durante a montagem e manuseio, o substrato de CI suporta choques e tensões físicas. Portanto, ele deve ser extremamente resistente.
• Propriedades dielétricas: Para manter a integridade do sinal e minimizar a perda de sinal, os substratos de CI devem ter uma constante dielétrica alta.
• Resistência química: Ao longo dos procedimentos de teste e fabricação, os substratos de CI são expostos a diferentes produtos químicos. Assim, ele deve ser altamente resistente a produtos químicos.
• Qualidades superficiais: Para a adesão dos fios de ligação e das camadas de filme fino a serem depositados, a superfície de um substrato de CI deve ter altas propriedades de adesão.
• Compatibilidade: Para um desempenho e operação eficientes, os substratos de CI e as tecnologias de encapsulamento de CI devem ser compatíveis entre si.
• Custo: O substrato de CI deve ter um preço razoável para que o dispositivo eletrônico final seja rentável.

Conclusão

Este tutorial abrangente cobre todos os elementos do substrato de encapsulamento de CI, que são comparáveis aos substratos de PCB, mas mais especializados devido ao seu tamanho e materiais. A fabricação bem-sucedida de substratos de CI e PCB exige um fabricante especialista que possa obter os melhores materiais e usar tecnologias de ponta para produzir placas de circuito excelentes. Para suportar as condições exigentes das aplicações automotivas, esses PCBs são projetados enquanto fornecem desempenho eficiente. Para outros componentes eletrônicos, sistemas de infotenimento e unidades de controle do motor, a eletrônica automotiva emprega PCBs de substrato de CI. Para suportar as condições exigentes das aplicações automotivas, esses PCBs são projetados enquanto fornecem desempenho eficiente. Os substratos de Circuito Integrado (CI) são os materiais de base usados nos encapsulamentos de CI que protegem e facilitam as conexões entre o CI e a rede de trilhas no PCB.