Obudowy układów scalonych z otwartą komorą to pakiety układów scalonych, które utrzymują obszar układu otwartego lub lekko uszczelnionego dla dostępu. Obsługują testowanie, strojenie, kontrole termiczne oraz funkcje odstępu powietrznego, zachowując standardowy wymiar powierzchniowy. Ten artykuł zawiera informacje o strukturze, opcjach, zachowaniu, zastosowaniach, potrzebach związanych z układem, niezawodności oraz właściwych zastosowaniach.
Przegląd pakietów układów scalonych z otwartą komorą
Obudowy układów scalonych z otwartą komorą (zwane także obudowami z otwartą pokrywą lub z wnęką powietrzną) to specjalne pakiety układów scalonych, które celowo zachowują wolną przestrzeń nad układem. Układ krzemowy jest mocowany wewnątrz plastikowej lub ceramicznej korpusy i połączony za pomocą małych przewodów lub wypukłości typu flip-chip. Zamiast pokrywać wszystko materiałem do listew, górna pokrywa jest odstawiona lub tylko lekko przymocowana, dzięki czemu matryca i przestrzeń wnęki pozostają otwarte i łatwo dostępne.
Powszechne określenia dla obudów układów scalonych z otwartą komorą
Różne firmy mogą używać nieco innych nazw dla obudowań układów scalonych z otwartą komorą, nawet jeśli oznaczają one niemal to samo. Opakowania z otwartą pokrywką lub otwartą kasetą opisują korpus opakowania z wnęką matrycy, która nadal jest odsłonięta, ponieważ pokrywka nie została uszczelniona. QFN/QFP w wnęce powietrznej to pakiety w stylu QFN lub QFP, które utrzymują szczelinę powietrzną nad matrycą, zamiast wypełniać przestrzeń stałą masą formową. Plastikowa obudowa otwarta (OCPP) to plastikowa obudowa zbudowana lub zmodyfikowana tak, aby matryca leżała w odsłoniętej komorze, którą później można ponownie otoczyć.
Wewnętrzne części obudów układów scalonych z otwartą komorą
• Podłoże lub rama ołowiowa: Miedziana rama lub laminat trzymający piny i podkładkę termiczną.
• Obszar przymocowania matrycy: środkowa podkładka, gdzie krzemowa matryca jest mocowana epoksydem lub lutem.
• Połączenie: Połączenia przewodowe lub wypukłości flip-chip, które łączą matrycę z wyprowadzeniami.
• Ściany szczelinowe: Plastikowy lub ceramiczny pierścień tworzący otwartą przestrzeń nad matrycą.
• Opcje pokrywek: Metalowa lub ceramiczna pokrywka, którą można później dodać, aby uszczelnić komorę.
Opcje konfiguracji dla obudów układów scalonych z otwartą komorą
Obudowy układów scalonych z otwartą komorą można budować na kilka różnych sposobów, w zależności od tego, jak bardzo potrzebny jest dostęp do układu i jaką wymagana jest ochrona. Opakowanie bez pokrywki ma całkowicie otwartą komorę, więc matryca jest całkowicie odsłonięta. Daje to maksymalny dostęp do testowania, sprawdzania i przeróbek. Pakiet z częściową pokrywą wykorzystuje niską lub okienną pokrywę, która zakrywa wnętrze, ale pozostawia pewne otwory, dzięki czemu zapewnia połączenie dostępu i podstawowej ochrony. Opakowanie z pełną pokrywką ma szczelną metalową lub ceramiczną pokrywkę, zapewniającą ochronę zbliżoną do zwykłego produkcyjnego układu scalonego.
W wielu projektach obudowy układów scalonych bez pokrywy z otwartą komorą są używane jako pierwsze podczas wczesnych testów laboratoryjnych. Wersje z częściową pokrywą pojawiają się później, gdy potrzebna jest pewna ochrona, ale należy zachować ograniczony dostęp. Wersje z pełną pokrywą stosuje się, gdy projekt jest niemal ostateczny, a zachowanie musi ściśle odpowiadać końcowemu produktu, jednocześnie zaczynając od tej samej platformy obudowy układu scalonego z otwartą szczeliną.
Opcje połączeń w pakietach układów scalonych z otwartą komorą
Obudowa układu scalonego z otwartą komorą to struktura pakietu, w której układ jest umieszczony wewnątrz odsłoniętej komory. Termin ten opisuje fizyczną konstrukcję obudowy i nie definiuje, jak matryca jest elektrycznie połączona z wyprowadzeniami obudowy.
W obudowie otwartej wnęki powszechnie stosuje się dwie metody połączenia: wire-bond i flip-chip. W konfiguracji wire-bond matryca jest montowana od strony do góry, a pady łączące wokół obwodu matrycy są połączone z ramą przewodową za pomocą cienkich metalowych przewodów. Te pętle przewodów pozostają widoczne, co pozwala na podstawową wizualną inspekcję i upraszcza sondowanie podczas testów.
W konfiguracji flip-chip matryca jest montowana od strony do dołu i połączona z obudową przez lutownicze wypustki lub metalowe filary. Ta struktura skraca ścieżkę elektryczną między układem a obudową, zmniejszając efekty pasożytnicze i umożliwiając większą gęstość pinów oraz poprawę wydajności sygnału. Ponieważ połączenia nie są odsłonięte, bezpośrednie sondowanie i przeróbki są bardziej ograniczone.
W praktyce niektóre obudowy otwartej komory wykorzystują połączenia wire-bond podczas wczesnego rozwoju, a później przechodzą na flip-chip, gdy wymagana jest większa liczba pinów lub przepustowość.
Zachowanie termiczne obudów układów scalonych z otwartą komorą
Obudowy układów scalonych z otwartą komorą mogą łatwiej przenosić ciepło niż w pełni formowane plastikowe opakowania. Ponieważ jest mniej pasty formowej i czasem cieńsza lub brak pokrywki, ciepło ma krótszą drogę od matrycy do powietrza lub do radiatora. To może obniżyć opór termiczny od matrycy do otoczenia i pomóc utrzymać temperaturę złącza w bezpiecznym zakresie.
Dzięki większej otwartości wnęki łatwiej jest też wypróbować różne materiały interfejsu termicznego, ciśnienia kontaktowe i części chłodzące. W przypadku układów scalonych o dużej mocy często stosuje się obudowy układów z otwartą komorą scaloną do regulacji i udoskonalenia układu chłodzenia przed przejściem na ostateczną formowaną obudówkę, która skupia się bardziej na kosztach.
Ubytki powietrzne w otwartych obudowach układów scalonych
W niektórych obudowach układów scalonych z otwartą komorą przestrzeń wypełniona powietrzem wewnątrz wnęki jest funkcjonalną częścią urządzenia, a nie produktem ubocznym struktury obudowy. Obecność powietrza bezpośrednio wspiera, jak niektóre komponenty oddziałują ze swoim otoczeniem.
W przypadku urządzeń optycznych wymagana jest wyraźna droga dla światła, którą może zapewnić otwarta komora lub przezroczysta pokrywa z okienkiem. Podobnie MEMS i czujniki środowiskowe opierają się na ubytkach, które pozwalają na dotarcie ciśnienia, dźwięku lub gazu do elementów wykrywających bez przeszkód.
Jamki powietrzne są również istotne w zastosowaniach RF i mikrofal. Gdy powietrze pełni rolę dielektryka nad ścieżkami sygnałowymi, rezonatorami lub antenami, wydajność elektryczna może się poprawić dzięki mniejszym stratom dielektrycznym. Natomiast solidna plastikowa powłoka może blokować lub zmieniać te sygnały oraz pogarszać zachowanie urządzenia.
Zastosowania obudów układów scalonych z otwartą komorą
MEMS i urządzenia czujnikowe
Obudowy układów scalonych z otwartą komorą są używane do przechowywania czujników MEMS, takich jak akcelerometry, żyroskopy i czujniki ciśnienia w zastosowaniach do wykrywania ruchu, pozycji i środowiska.
Układy scalone optyczne i oparte na świetle
Są stosowane w układach optycznych i opartych na świetle, w tym w fotodetektorach, źródłach światła oraz modułach nadajników lub odbiorników optycznych do zadań danych, obrazowania i detekcji.
RF Frontendy i wzmacniacze mocy
Formaty otwartej komory są stosowane w przedsionkach RF oraz wzmacniaczach mocy stosowanych w łączach bezprzewodowych, modułach komunikacyjnych oraz łańcuchach sygnałów wysokich częstotliwości.
Elektronika wysokiej niezawodności i lotnictwa
Pakiety te wspierają elektronikę o wysokiej niezawodności i lotnictwie, gdzie gołe układy są stosowane w krytycznych systemach sterowania misji, detekcji i komunikacji.
Prototypy mieszanych sygnałów i analogowych
Są stosowane w prototypach układów mieszanych i analogowych stosowanych w laboratoriach i na płytach ewaluacyjnych do walidacji ścieżek sygnałowych, schematów polaryzacji oraz analogowych interfejsów przed pełną produkcją.
Produkcja i niestandardowe programy układów scalonych
Pakiety układów scalonych z otwartą komorą są również wykorzystywane w produkcji i programach niestandardowych IC, które obsługują wyspecjalizowane rynki, takie jak sterowanie przemysłowe, sprzęt medyczny, systemy motoryzacyjne oraz infrastruktura komunikacyjna.
Powierzchnie PCB dla obudów układów scalonych z otwartą komorą
Wiele obudów układów scalonych z otwartą komorą jest budowanych tak, aby pasowały do typowych konturów QFN, dzięki czemu łatwo pasują do standardowych układów PCB. Liczba pinów i ich układ zwykle podążają za znanymi wzorami QFN, a odsłonięta podkładka termiczna jest przechowywana w tej samej pozycji i kształcie co wersja formowana.
Z tego powodu zalecany wzór podłączenia PCB jest często taki sam zarówno dla obudów otwartych, jak i formowanych. Pojedynczy projekt PCB może obsługiwać wczesne wersje z otwartymi pakietami scalonymi do dostępu i strojenia oraz późniejsze wersje z w pełni formowanymi lub w pełni pokrytymi pokrywami, przy minimalnych lub zerowych zmianach płyty.
Kiedy używać obudów układów scalonych z otwartą komorą?
Potrzeby bezpośredniego dostępu do kostek
Wybierz pakiet układu z otwartą komorą, gdy układ musi być dostępny do sondowania, przeróbki lub ścisłego monitorowania podczas rozwoju i testów.
Potrzeby w zakresie optycznych, MEMS i RF w szczelinach powietrznych
Używaj opakowania otwartej komory, gdy obwód potrzebuje szczeliny powietrznej dla prawidłowego działania dróg optycznych, ruchu MEMS lub struktur RF.
Zgodny z QFN ślad z opcjami na przyszłość
Wybierz ten styl, gdy projekt potrzebuje teraz obudowy podobnej do QFN, ale później możesz przejść na w pełni formowane lub w pełni pokryte obudowy bez zmiany PCB.
Ocena termiczna i pokrywa w wczesnych wersjach
Pakiety układów scalonych z otwartą komorą są pomocne, gdy wczesne modele muszą ocenić różne radiatory, materiały interfejsu termicznego, pokrywy lub okna przed ostatecznym wyborem pakietu.
Zastosowania bez kostki
Mogą wspierać środowiska o wysokiej niezawodności, gdzie gołe matryce wymagają elastycznego opakowania, jednocześnie utrzymując kontrolę nad rozmiarem i kosztami.
Podsumowanie
Pakiety układów scalonych z otwartą komorą zapewniają kontrolowany dostęp do układu scalonego, jednocześnie zachowując kompatybilność z typowymi układami QFN. Wspierają testy, pracę w szczelinach powietrznych oraz ocenę termiczną przed ostatecznym uszczelnieniem. Dzięki odpowiedniej obsłudze, projektowaniu i metodom uszczelniania, te pakiety mogą spełniać wymagania dotyczące niezawodności oraz wspierać systemy detekcji, RF, prototypów oraz specjalistycznych układów scalonych bez większych zmian na PCB.
Najczęściej zadawane pytania [FAQ]
Jak układy układów scalonych z otwartą komorą wypadają w porównaniu z formowanymi QFN?
Opakowania układów scalonych z otwartą komorą kosztują więcej za jednostkę niż formowane QFN ze względu na dodatkowe etapy obróbki i niższe wolumeny produkcji.
Jakie ograniczenia dotyczą rozmiaru matrycy i liczby pinów w obudowach układów scalonych z otwartą komorą?
Obsługują małe i średnie rozmiary matryc oraz liczbę pinów; duże matryce lub wysoka liczba sworzni wymagają niestandardowych lub ceramicznych konstrukcji z wnękami powietrznymi.
Jakiej specjalnej obsługi wymagają pakiety układów scalonych z otwartą komorą na hali produkcyjnej?
Wymagają ścisłej kontroli ESD i ostrożnego obchodzenia się wyłącznie przez korpus paczki, bez kontaktu czy przepływu powietrza na odsłoniętych matrycach i przewodach spojających.
Czy obudowa układu scalonego z otwartą komorą może zostać przeprojektowana po montażu PCB?
Tak, ale przeróbki muszą być ograniczone do kilku kontrolowanych cykli grzewczych i delikatnego czyszczenia, aby nie uszkadzać przewodów komorowych i łączących.
Jak wykorzystywane są pakiety układów scalonych z otwartą komorą w ATE i testach laboratoryjnych?
Umieszcza się je w gniazdach lub płytkach testowych w stylu QFN, które zapewniają dostęp do komory, jednocześnie pozostając kompatybilnymi ze standardowym sprzętem testowym.
Jakie są główne wady w porównaniu do w pełni formowanych obudów?
Są bardziej wrażliwe na zanieczyszczenia i uszkodzenia mechaniczne, wymagają dokładniejszej kontroli obsługi i nie nadają się do surowych warunków, chyba że zostaną później uszczelnione.
