¿Por qué las tapas de desacoplamiento no están integradas en el paquete IC o IC?

El título probablemente sea lo suficientemente bueno, pero siempre me he preguntado ¿por qué las tapas de desacoplamiento no están integradas en el chip o al menos en el empaque de IC?

La integración de condensadores en un chip es costosa (necesitan mucho espacio) y no muy eficiente (está limitado a condensadores extremadamente pequeños).
El embalaje tampoco ofrece la habitación, el condensador estaría en el camino de la unión.

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miniaturización de paquetes IC está impulsada por el mercado de teléfonos celulares (cientos de megadispositivos al año, si no un gigadevice). Siempre queremos paquetes más pequeños, tanto en área como en altura. Simplemente abra su teléfono celular para ver cuál es el problema. (Mi teléfono tiene 1 cm de grosor, que incluye la carcasa superior e inferior, una pantalla, una batería de 5 mm de grosor, y entre ellas hay una PCB con componentes). Puede encontrar paquetes BGA de menos de un mm de altura ( este paquete SRAM tiene 0.55 mm (!)). Eso es menor que la altura de un condensador de desacoplamiento 0402 100 nF.
También típico de SRAM es que el tamaño del paquete no es estándar. Usted encuentra 8 mm * 6 mm, pero también 9 mm * 6 mm. Esto se debe a que el paquete se ajusta al dado lo más cerca posible. Solo el dado más en cada lado una fracción de mm para la unión. (Por cierto, los troqueles BGA están unidos en una PCB integrada, que dirige las señales desde los bordes a la rejilla esférica).
Este es un ejemplo extremo, pero otros paquetes como TQFP no dejan mucho más espacio.

También es mucho más barato elegir y colocar un condensador en la PCB; de todos modos lo estás haciendo para los otros componentes.

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Los materiales utilizados en los chips están optimizados para semiconductores, no para elementos necesarios en condensadores (es decir, constantes dieléctricas extremadamente altas). E incluso si lo fueran, los condensadores en chip seguirían utilizando mucho espacio, haciendo que los chips sean muy caros. El área relativamente grande para un condensador en chip tendría que pasar por todos los pasos del proceso necesarios para la funcionalidad del chip original. Por lo tanto, los únicos condensadores incorporados en la estructura del chip son aquellos que pueden ser muy pequeños de todos modos o aquellos que deben ajustarse de manera muy precisa a lo que el IC debe hacer, por ejemplo, los condensadores de redistribución de carga de una aproximación analógica a sucesiva -convertidor digital que incluso debe recortarse mientras el chip todavía se está fabricando.

Para cosas como el desacoplamiento de los rieles de suministro del chip o el almacenamiento en búfer de su nodo de referencia, donde el valor preciso del condensador no importa demasiado, pero donde se necesita un producto C * V alto, es mucho mejor colocar algunos condensadores al lado del ICs. Estos pueden estar hechos de material electrolítico o cerámico recortado para mucha tensión de capacitancia * en un volumen pequeño, y fabricados en un proceso ideal para estos requisitos.

Luego, por supuesto, hay algunas técnicas de empaque híbrido donde los condensadores de cerámica se colocan en o dentro del mismo paquete con un IC, pero estas son excepciones donde la longitud de los conectores desde la matriz a través de un paquete de IC estándar y el enchufe a una tapa en la placa ya sería demasiado larga y tendría demasiada inductancia, o cuando el fabricante de IC no quiera confiar en que los diseñadores de la placa realmente lean sus hojas de datos y notas de aplicación sobre dónde deben colocarse las tapas para que el IC pueda cumplir con su especificaciones.

Solía ​​haber enchufes IC con condensadores de desacoplamiento integrados. No los he visto en años, aunque

Si la pregunta es por qué las tapas de desacoplamiento no están encapsuladas junto con la matriz en el empaque, diría que la razón principal es la economía: en la mayoría de los casos, no hay una gran ganancia de rendimiento para llevar el condensador a bordo (en su lugar de tenerlo en la PCB), por lo que el costo adicional (en el desarrollo del proceso, las pruebas y el costo de los bienes) no aporta ningún beneficio al consumidor y solo aumenta el costo del dispositivo.

Los procesos de empaquetado existentes también tendrían que modificarse para acomodar el chip del paquete. Eso agregaría una cantidad significativa de costos para herramientas nuevas o modificaciones de herramientas existentes (máquinas, moldes, equipos de inspección, y así sucesivamente), solo para agregar ese condensador adicional.

En cuanto a la colocación de condensadores directamente en la matriz, ese espacio de matriz es más valioso como transistores que como condensadores. Nuevamente, para la capacitancia, es mejor que esté fuera del empaque del núcleo.