¿Por qué el embalaje cerámico IC?

Como alguien sin experiencia en electrónica, me pregunto: ¿por qué los circuitos integrados están dentro de cerámica o plástico? Pensé que queríamos que el calor saliera lo más rápido posible, y la cerámica es un buen aislante térmico.

En los paquetes de CI, ciertamente es deseable disipar el calor con la menor resistencia térmica posible.

Sin embargo, al mismo tiempo, el aislamiento eléctrico y la protección contra la oxidación / corrosión también son deseables, al menos para componentes discretos que puedan ser manipulados o expuestos al medio ambiente.

Un embalaje aislante como cerámica o plástico permite este aislamiento y protección, al tiempo que permite la disipación de calor a través de caminos controlados, como disipadores de calor integrados o pestañas de disipador de calor en algunos paquetes, o simplemente a través de los pasadores en otros.

Muchos paquetes de IC también se venden como troqueles pelados, o paquetes de escala de chip de nivel de oblea (WLCSP), para que el proceso de ensamblaje del circuito se conecte directamente a la PCB. Luego, el chip desnudo se protege con el medio ambiente utilizando un revestimiento de epoxi o recubrimientos de protección similares, después de soldar o unir las protuberancias de plomo a la placa de circuito.

Tal embalaje desnudo, por supuesto, requiere un equipo de ensamblaje más sofisticado que los paquetes de IC (y paso de contacto) mucho más grandes, por lo que no son para todos.

El tipo de chips más comúnmente visto en los paquetes de cerámica son aquellos con memoria borrable por UV. Para permitir que dicha memoria se reutilice después de que se haya programado, debe ser posible exponer la matriz a una cantidad considerable de luz UV. Esto requiere que el chip tenga una ventana de cuarzo, y la instalación de una ventana de cuarzo en un chip a su vez requiere que el paquete del chip esté hecho de algo cuyas características de expansión térmica coincidan razonablemente con las del cuarzo. Si se instalara una ventana de cuarzo en un paquete de epoxi, la expansión y contracción térmica del paquete probablemente causaría la falla de los sellos, permitiendo que el aire atmosférico (incluido el vapor de agua) llegue a la pieza y la destruya. Una vez vi un chip que parecía hecho de epoxi con una ventana de plástico que parecía un poco "lechosa"; Yo no No obstante, t examínelo lo suficientemente de cerca para confirmarlo. Si se tratara de una ventana de plástico, probablemente habría sido utilizable durante algunos ciclos de borrado de UV, pero muchos plásticos degradan la exposición a los rayos ultravioleta con relativa rapidez. Quizás alguien pensó que hacer chips de EPROM con cajas de plástico ahorraría el costo suficiente para que, incluso si fallaran después de algunos usos, serían lo suficientemente reutilizables como para justificar su uso en lugar de piezas sin ventanas, y lo suficientemente barato como para justificar su uso. de piezas cerámicas. Sin embargo, no creo que se hayan dado cuenta nunca. d sea lo suficientemente reutilizable como para justificar su uso en lugar de piezas sin ventanas, y lo suficientemente barato como para justificar su uso en lugar de piezas de cerámica. Sin embargo, no creo que se hayan dado cuenta nunca. d sea lo suficientemente reutilizable como para justificar su uso en lugar de piezas sin ventanas, y lo suficientemente barato como para justificar su uso en lugar de piezas de cerámica. Sin embargo, no creo que se hayan dado cuenta nunca.

El otro lugar principal en el que he visto piezas de cerámica fue en lugares donde tenían una tapa de metal que se hundiría por calor. Una vez más, la estabilidad dimensional de la cerámica era necesaria para evitar que el sello fallara en condiciones de temperatura cambiantes.

La cerámica se usa en aplicaciones de RF y microondas porque tienen propiedades aislantes y de impedancia cruciales para el radar y las torres de estaciones base de teléfonos celulares. Muchos plásticos y epoxis absorben la humedad del aire. Cambio de características con cambio de humedad. Esto afecta la sintonización de frecuencia. Se pueden sellar lo suficientemente bien como para retrasar la infiltración y el daño por hidrógeno y oxígeno en los satélites en órbita.

Para la conductividad térmica, en realidad, BeO es extremadamente bueno, pero el proceso de fabricación presenta riesgos. El nitruro de aluminio es bastante bueno térmicamente y se puede usar como canción según el diseño. Por último, otro problema con los plásticos es que algunos chips se calientan lo suficiente como para derretirlos o descomponerlos. Hay aplicaciones que usan metales recubiertos de cerámica donde no afecta las frecuencias de RF.

Las piezas de la vieja escuela llegaron en la lata de metal menos popular. Las latas no son comunes para las piezas producidas en masa. Los paquetes de cerámica y plástico están diseñados para tener conductividades térmicas bastante altas (~ 20W / m ∙ K), y tienen una fracción del costo de un paquete de metal. Los paquetes de cerámica son generalmente blancos porque son un material con alto contenido de alúmina. Los paquetes de plástico son negros porque contienen negro de carbón y / o grafito para disipar tanto el calor como la carga estática.

A principios de los años noventa, el dado de memoria militar estaba en paquetes de cerámica con paquetes de cerámica chapados en oro. Trabajé en una sala limpia de ensamblaje de back-end manteniendo máquinas de fijación dieutéctica eutécticas, encuadernadores de cuña de aluminio y sierra de bisel. El proceso fue unión de cuña eutéctica de silicio de oro y unión de aluminio. La unión del troquel se somete a más de 20 g después de la quemadura junto con las pruebas de por vida.