Obaly integrovaných obvodov s otvorenou dutinou sú integrované obvody, ktoré udržiavajú oblasť čipu otvorenú alebo jemne utesnenú pre prístup. Podporujú testovanie, ladenie, tepelné kontroly a funkcie vzduchovej medzery pri zachovaní štandardnej povrchovej polohy. Tento článok poskytuje informácie o štruktúre, možnostiach, správaní, aplikáciách, potrebách rozloženia, spoľahlivosti a správnych prípadoch použitia.
Prehľad balíkov integrovaných obvodov s otvorenou dutinou
Obaly integrovaných obvodov s otvorenou dutinou (nazývané aj otvorené vekové alebo vzduchové dutinové obaly) sú špeciálne integrované obvody, ktoré zámerne udržiavajú voľný priestor nad čipom. Kremíková čipa je pripevnená vo vnútri plastového alebo keramického tela a spojená malými drôtkami alebo výstupkami typu flip-chip. Namiesto toho, aby sa všetko zakrývalo lištou, horné viečko zostáva odložené alebo len ľahko pripevnené, takže čip a dutina zostávajú otvorené a ľahko dostupné.
Bežné termíny pre otvorené dutinové integrované obvody
Rôzne firmy môžu používať mierne odlišné názvy pre otvorené integrované obvody, aj keď znamenajú takmer to isté. Obaly s otvoreným viečkom alebo otvorenou dutinou opisujú telo balenia s dutinou čipu, ktoré je stále odkryté, pretože veko nebolo uzavreté. Vzduchová dutina QFN/QFP označuje balenia v štýle QFN alebo QFP, ktoré udržiavajú vzduchovú medzeru nad formou namiesto toho, aby vyplnili priestor pevnou formovacou pastou. Plastové obaly s otvorenou dutinou (OCPP) sú plastové obaly, ktoré sú vyrobené alebo upravené tak, aby čip sedel v odkrytej dutine, ktorá môže byť neskôr znovu zapuzdrená.
Vnútorné časti otvorených dutinových integrovaných obvodov
• Substrát alebo olovený rám: Medený rám alebo laminát, ktorý drží piny a tepelnú podložku.
• Oblasť prichytenia čipu: Stredová podložka, kde je silikónová čipa upevnená epoxidom alebo spájkou.
• Prepojenie: Drôtové väzby alebo flip-chip výstupky, ktoré spájajú čip s vodičmi.
• Dutinové steny: Plastový alebo keramický kruh, ktorý tvorí otvorený priestor nad čipom.
• Možnosti viečka: Kovové alebo keramické viečko, ktoré je možné neskôr pridať na utesnenie dutiny.
Možnosti konfigurácie pre integrované obvody s otvorenou dutinou
Otvorené puzdrá integrovaných obvodov môžu byť zostavené niekoľkými spôsobmi, v závislosti od toho, aký prístup k čipu je potrebný a aká je požadovaná ochrana. Obal bez viečka má úplne otvorenú dutinu, takže čip je úplne odkrytý. To poskytuje maximálny prístup na testovanie, sondovanie a úpravy. Obal s čiastočným viečkom používa nízke alebo okienkové veko, ktoré zakrýva dutinu, ale stále ponecháva niektoré otvory, takže je to kombinácia prístupu a základnej ochrany. Obal s plným viečkom má uzavreté kovové alebo keramické viečko, ktoré poskytuje ochranu blízku bežnému výrobnému integrovanému obvodu.
V mnohých projektoch sa integrované obvody bez veka s otvorenou dutinou používajú ako prvé počas raných laboratórnych testov. Verzie s čiastočným krytom prichádzajú ďalej, keď je potrebná ochrana, ale je potrebné zachovať obmedzený prístup. Plne uzavreté verzie sa používajú, keď je dizajn takmer finálny a správanie musí presne zodpovedať finálnemu produktu, pričom sa stále začína z tej istej platformy s otvorenou dutinou IC.
Voľby prepojení v balíkoch integrovaných obvodov s otvorenou dutinou
Obal integrovaného obvodu s otvorenou dutinou označuje štruktúru balenia, v ktorej je čip umiestnený vo vnútri odkrytej dutiny. Tento pojem popisuje fyzickú konštrukciu balenia a nedefinuje, ako je čip elektricky pripojený k vývodom balenia.
V otvorenom puzdre sa bežne používajú dve metódy prepojenia: wire bond a flip-chip. Pri konfigurácii s drôtovým spojovaním je čip namontovaný lícom nahor a spojovacie podložky okolo obvodu čipu sú pripojené k olovenému rámu pomocou tenkých kovových drôtov. Tieto drôtové slučky zostávajú viditeľné, čo umožňuje základnú vizuálnu kontrolu a zjednodušuje sondovanie počas testovania.
V konfigurácii flip-chip je čip namontovaný lícom nadol a pripojený k puzdru cez spájkovacie výstupky alebo kovové stĺpiky. Táto štruktúra skracuje elektrickú cestu medzi čipom a balením, čím znižuje parazitné efekty a umožňuje vyššiu hustotu pinov a lepší výkon signálu. Keďže prepojenia nie sú odkryté, priame sondovanie a prerábky sú obmedzené.
V praxi niektoré otvorené komory používajú drôtové prepojenia počas skorého vývoja a neskôr prechádzajú na flip-chip, keď je potrebný vyšší počet pinov alebo šírka pásma.
Tepelné správanie otvorených dutinových integrovaných obvodových balení
Otvorené puzdrá integrovaných obvodov dokážu prenášať teplo ľahšie ako plne tvarované plastové obaly. Keďže je menej formovej pasty a niekedy tenšie alebo žiadne veko, teplo má kratšiu cestu od matrice k vzduchu alebo k chladiču. To môže znížiť tepelný odpor od čipu až po okolitý a pomôcť udržať teplotu spoja v bezpečnom rozmedzí.
Keď je dutina otvorenejšia, je tiež jednoduchšie skúšať rôzne tepelné rozhrania, kontaktné tlaky a chladiace časti. Pri energeticky náročných integrovaných obvodoch sa často používajú otvorené puzdrá integrovaných obvodov na úpravu a zdokonalenie chladiaceho systému pred prechodom na finálne tvarované puzdro, ktoré sa viac zameriava na cenu.
Vzduchové dutiny v otvorených integrovaných obvodoch
V niektorých otvorených integrovaných obvodoch je vzduchom vyplnený priestor vo vnútri dutiny funkčnou súčasťou zariadenia, nie vedľajším produktom štruktúry balenia. Prítomnosť vzduchu priamo podporuje, ako niektoré komponenty interagujú so svojím prostredím.
Pre optické zariadenia je potrebná jasná cesta pre svetlo, ktorú môže zabezpečiť otvorená dutina alebo priehľadné okienkové veko. Podobne MEMS a environmentálne senzory sa spoliehajú na dutiny, ktoré umožňujú tlaku, zvuku alebo plynu dosiahnuť snímacie prvky bez prekážok.
Vzduchové dutiny sú tiež dôležité v RF a mikrovlnných aplikáciách. Keď vzduch slúži ako dielektrikum nad signálovými stopami, rezonátormi alebo anténami, elektrický výkon sa môže zlepšiť vďaka nižším dielektrickým stratám. Naopak, pevný plastový overmold môže tieto signály blokovať alebo meniť a zhoršovať správanie zariadenia.
Aplikácie otvorených integrovaných obvodov s otvorenou dutinou
MEMS a senzorové zariadenia
Otvorené integrované obvody sa používajú na umiestnenie MEMS senzorov, ako sú akcelerometre, gyroskopy a tlakové senzory v aplikáciách na pohyb, polohu a environmentálne snímanie.
Optické a svetelné integrované obvody
Používajú sa v optických a svetelných obvodoch, vrátane fotodetektorov, svetelných zdrojov a optických vysielačov alebo prijímačov modulov pre dátové, zobrazovacie a snímacie úlohy.
RF predné konce a výkonové zosilňovače
Formáty s otvorenou dutinou sa používajú v RF frontendoch a výkonových zosilňovačoch nachádzajúcich sa v bezdrôtových linkách, komunikačných moduloch a vysokofrekvenčných signálových reťazcoch.
Vysoká spoľahlivosť a letecká elektronika
Tieto balíky podporujú vysoko spoľahlivú a leteckú elektroniku, kde sa holé čipy používajú v kritických riadiacich, snímacích a komunikačných systémoch.
Prototypy zmiešaného signálu a analógu
Používajú sa v prototypoch integrovaných obvodov so zmiešanými signálmi a analógovými integrovanými obvodmi používanými v laboratóriách a na hodnotiacich doskách na overovanie signálových ciest, predpojatostných schém a analógových predných koncov pred plnou výrobou.
Produkčné a vlastné IC programy
Balíky integrovaných obvodov s otvorenou dutinou sa používajú aj v produkčných a vlastných programoch integrovaných obvodov, ktoré slúžia špecializovaným trhom, ako je priemyselná kontrola, zdravotnícke zariadenia, automobilové systémy a komunikačná infraštruktúra.
Rozmery PCB pre otvorené dutinové integrované obvody
Mnohé otvorené puzdrá integrovaných obvodov sú navrhnuté tak, aby zodpovedali bežným obrysom v štýle QFN, takže sa ľahko zmestia do štandardných rozložení PCB. Počet pinov a ich usporiadanie zvyčajne nasledujú známe QFN vzory a odkrytá termálna podložka zostáva v rovnakej polohe a tvare ako tvarovaná verzia.
Preto je odporúčaný vzor povrchu PCB často rovnaký pre otvorené aj tvarované puzdra. Jeden dizajn PCB môže podporovať skoré zostavy s otvorenými dutinovými integrovanými obvodmi na prístup a ladenie, a neskoršie verzie s plne tvarovanými alebo plne krytými verziami, s malými alebo žiadnymi zmenami na doske.
Kedy používať integrované obvody s otvorenou dutinou?
Potreby priameho prístupu k čipu
Vyberte si obal integrovaných obvodov s otvorenou dutinou, keď musí byť čip dostupný na sondovanie, prepracovanie alebo dôkladné monitorovanie počas vývoja a testovania.
Potreby optických, MEMS a RF vzduchových medzier
Otvorené balenie používajte, keď obvod potrebuje vzduchovú medzeru pre správne fungovanie optických ciest, pohybu MEMS alebo RF štruktúr.
QFN-kompatibilná stopa s budúcimi možnosťami
Tento štýl si vyberte, keď projekt potrebuje pôdorys podobný QFN už teraz, ale neskôr môžete prejsť na plne tvarované alebo plne kryté balenie bez zmeny PCB.
Termálne a vekové hodnotenie v skorých stavbách
Otvorené integrované obvody sú užitočné, keď skoré zostavy musia hodnotiť rôzne chladiče, materiály tepelného rozhrania, veká alebo okná pred finalizáciou balíka.
Aplikácie bez čipu
Dokážu podporovať prostredia s vysokou spoľahlivosťou, kde holé čipy vyžadujú flexibilné balenie a zároveň udržiavajú veľkosť a náklady pod kontrolou.
Záver
Otvorené IC balíčky ponúkajú kontrolovaný prístup k čipu pri zachovaní kompatibility s bežnými QFN rozloženiami. Podporujú testovanie, prevádzku vzduchových medzer a tepelné hodnotenie pred finálnym tesnením. Pri správnom zaobchádzaní, návrhu a metódach tesnenia môžu tieto balíky splniť požiadavky spoľahlivosti a podporovať snímanie, RF, prototypy a špecializované IC programy bez zásadných zmien na PCB.
Často kladené otázky [FAQ]
Ako sa porovnávajú balíky integrovaných obvodov s otvorenou dutinou v porovnaní s tvarovanými QFN?
Obaly integrovaných obvodov s otvorenou dutinou stoja za jednotku viac ako tvarované QFN kvôli dodatočným krokom spracovania a nižším výrobným objemom.
Aké limity platia pre veľkosť čipu a počet pinov v otvorených dutinových integrovaných obvodoch?
Podporujú malé až stredné veľkosti razníc a počet čapov; Veľké čipy alebo vysoký počet čapov vyžadujú vlastné alebo keramické dizajny vzduchovej dutiny.
Aké špeciálne zaobchádzanie vyžadujú otvorené integrované obvody na výrobnej linke?
Vyžadujú prísnu kontrolu ESD a opatrné zaobchádzanie len telom balenia, bez kontaktu alebo prúdenia vzduchu cez odkryté čipové a spojovacie drôty.
Dá sa obal integrovaných obvodov s otvorenou dutinou prepracovať po zostavení PCB?
Áno, ale prepracovanie musí byť obmedzené na niekoľko kontrolovaných tepelných cyklov a používať jemné čistenie, aby sa predišlo poškodeniu dutiny a spojovacích drôtov.
Ako sa otvorené IC balenia používajú pri ATE a laboratórnych testoch?
Sú umiestnené v zásuvkách alebo testovacích doskách v štýle QFN, ktoré udržiavajú dutinu prístupnú, pričom zostávajú kompatibilné so štandardným testovacím zariadením.
Aké sú hlavné nevýhody v porovnaní s plne tvarovanými baleniami?
Sú citlivejšie na kontamináciu a mechanické poškodenia, vyžadujú prísnejšiu manipuláciu a nie sú vhodné do drsného prostredia, pokiaľ nie sú neskôr utesnené.
