Odprte votline IC paketi so paketi integriranih vezij, ki ohranjajo območje čipa odprto ali rahlo zaprto za dostop. Podpirajo testiranje, nastavljanje, termične preglede in funkcije zračnega razmika, hkrati pa ohranjajo standardno površinsko nameščeno površino. Ta članek ponuja informacije o strukturi, možnostih, vedenju, aplikacijah, potrebah po postavitvi, zanesljivosti in ustreznih primerih uporabe.
Pregled paketov IC z odprto votlino
Embalaže IC z odprto votlino (imenovane tudi paketi z odprtim pokrovom ali zračno votlino) so posebni paketi integriranih vezij, ki namenoma ohranjajo odprt prostor nad čipom. Silicijev čip je pritrjen znotraj plastičnega ali keramično ohišja in povezan z drobnimi žicami ali flip-chip izboklinami. Namesto da bi vse prekrivali z letvami, je zgornji pokrov odklopljen ali le rahlo pritrjen, tako da matrica in votlina ostaneta odprta in lahko dostopna.
Pogosti izrazi za pakete IC z odprto votlino
Različna podjetja lahko uporabljajo nekoliko različna imena za odprte IC pakete, tudi če pomenijo skoraj isto. Embalaža z odprtim pokrovom ali odprto votlino opisujeta telo paketa z votlino matrice, ki je še vedno izpostavljeno, ker pokrov ni bil zatesnjen. Zračni QFN/QFP se nanaša na pakete v slogu QFN ali QFP, ki ohranjajo zračno režo nad matrico, namesto da bi prostor zapolnili s trdno maso za kalup. Plastična embalaža z odprto votlino (OCPP) je plastična embalaža, ki je izdelana ali spremenjena tako, da čip sedi v izpostavljeni votlini, ki jo je kasneje mogoče ponovno zapakirati.
Notranji deli odprtih IC paketov
• Substrat ali vodilni okvir: Bakreni okvir ali laminat, ki drži zatiče in termalno blazinico.
• Območje za pritrditev matrice: Sredinska blazinica, kjer je silicijeva matrice pritrjena z epoksijem ali spajko.
• Povezava: žične vezi ali flip-chip izbokline, ki povezujejo čip z vodili.
• Votline stene: Plastični ali keramični obroč, ki tvori odprt prostor nad matrico.
• Možnosti pokrovov: kovinski ali keramični pokrov, ki se lahko kasneje doda za zatesnitev votline.
Možnosti konfiguracije za pakete IC z odprto votlino
Paketi IC z odprto votlino je mogoče izdelati na več načinov, odvisno od tega, koliko dostopa do čipa je potrebnega in koliko zaščite je potrebno. Paket brez pokrova ima popolnoma odprto votlino, tako da je čip popolnoma izpostavljen. To omogoča največje možnosti za testiranje, preverjanje in ponovno delo. Paket s delnim pokrovom uporablja nizko ali okence na pokrovu, ki pokriva votlino, a še vedno pušča nekaj odprtin, zato je kombinacija dostopa in osnovne zaščite. Popolnoma zaprt paket ima zatesnjen kovinski ali keramični pokrov, kar zagotavlja zaščito blizu običajnemu proizvodnemu IC-ju.
V mnogih projektih se v zgodnjih laboratorijskih testih najprej uporabljajo paketi IC brez pokrova z odprto votlino. Različice s delnim pokrovom sledijo, kadar je potrebna določena zaščita, vendar je treba ohraniti omejen dostop. Popolnoma zaprte različice se uporabljajo, kadar je zasnova skoraj dokončna in mora vedenje natančno sovpadati s končnim izdelkom, hkrati pa se začne iz iste odprte IC platforme.
Izbira povezav v paketih IC z odprto votlino
Odprta votlina IC embalaža se nanaša na strukturo paketa, v kateri je čip nameščen v izpostavljeni votlini. Izraz opisuje fizično konstrukcijo ohišja in ne določa, kako je čip električno povezan z vodili paketa.
V odprti votlini se običajno uporabljata dve metodi medsebojne povezave: žična vez in flip-chip. Pri žični vezavi je čip nameščen z licem navzgor, lepljive blazinice okoli roba čipa pa so povezane s svinčenim okvirjem s tankimi kovinskimi žicami. Te žične zanke ostajajo vidne, kar omogoča osnovni vizualni pregled in poenostavi sondiranje med testiranjem.
Pri flip-chip konfiguraciji je čip nameščen z licem navzdol in povezan s paketom preko spajkalnih izbokline ali kovinskih stebrikov. Ta struktura skrajša električno pot med čipom in paketom, zmanjšuje parazitske učinke ter omogoča večjo gostoto pinov in izboljšano delovanje signala. Ker povezave niso izpostavljene, so neposredne preiskave in predelave bolj omejene.
V praksi nekatere odprte votline embalaže uporabljajo žične povezave v zgodnjem razvoju in kasneje prehajajo na flip-chip, kadar je potrebna večja količina pinov ali pasovna širina.
Toplotno obnašanje odprtih IC paketov
Odprti IC paketi lahko lažje prenašajo toploto kot popolnoma oblikovani plastični paketi. Ker je manj kalupne paste in včasih tanjši ali brez pokrova, ima toplota krajšo pot od matrice do zraka ali do hladilnika. To lahko zmanjša toplotni upor od čipa do okolja in pomaga ohranjati temperaturo spoja v varnem območju.
Ker je votlina bolj odprta, je lažje preizkusiti različne toplotne vmesnike, kontaktne pritiske in hladilne dele. Pri integriranih vezjih z veliko močjo se pogosto uporabljajo odprti paketi integriranih obvodov za prilagajanje in izpopolnjevanje hladilne postavitve pred prehodom na končni oblikovani paket, ki se bolj osredotoča na stroške.
Zračne votline v odprtih IC paketih
V nekaterih odprtih IC paketih je zračno napolnjen prostor znotraj votline funkcionalen del naprave in ne stranski produkt strukture embasa. Prisotnost zraka neposredno podpira, kako določeni sestavni deli vplivajo na okolje.
Za optične naprave je potrebna jasna pot za svetlobo, ki jo lahko zagotovi odprta votlin ali prozorni pokrov z oknom. Podobno MEMS in okoljski senzorji temeljijo na votlinah, ki omogočajo, da pritisk, zvok ali plin dosežejo zaznavne elemente brez ovir.
Zračne votline so pomembne tudi v RF in mikrovalovnih aplikacijah. Ko zrak služi kot dielektrik nad signalnimi sledmi, resonatorji ali antenami, se električna zmogljivost lahko izboljša zaradi manjših dielektričnih izgub. Nasprotno pa lahko trdna plastična obloga blokira ali spremeni te signale in poslabša delovanje naprave.
Uporaba odprtih IC paketov
MEMS in senzorske naprave
Odprti IC paketi se uporabljajo za namestitev MEMS senzorjev, kot so pospeškomeri, žiroskopi in senzorji tlaka v aplikacijah za zaznavanje gibanja, položaja in okolja.
Optični in svetlobni IC-ji
Uporabljajo se v optičnih in svetlobnih vezjih, vključno s fotodetektorji, svetlobnimi viri ter optičnimi oddajniki ali sprejemnimi moduli za naloge podatkov, slikanja in zaznavanja.
RF sprednji deli in ojačevalniki moči
Formati odprte votline se uporabljajo v RF sprednjih delih in ojačevalnikih moči, ki jih najdemo v brezžičnih povezavah, komunikacijskih modulih in visokofrekvenčnih signalnih verigah.
Visoka zanesljivost in letalska elektronika
Ti paketi podpirajo visoko zanesljivo in vesoljsko elektroniko, kjer se goli čipi uporabljajo v kritičnih sistemih za nadzor, zaznavanje in komunikacijo, ki so kritični za misijo.
Prototipi z mešanimi signali in analognimi signali
Uporabljajo se v prototipnih integriranih vezjih z mešanimi signali in analogi, ki se uporabljajo v laboratorijih in evalvacijskih ploščah za preverjanje signalnih poti, shem polarizacije in analognih vmesnikov pred polno proizvodnjo.
Proizvodni in prilagojeni IC programi
Paketi integriranih vezij z odprto votlino se uporabljajo tudi v proizvodnih in prilagojenih IC programih, ki služijo specializiranim trgom, kot so industrijski nadzor, medicinska oprema, avtomobilski sistemi in komunikacijska infrastruktura.
Odtise tiskanih vezij za odprte votline IC paketov
Veliko odprtih IC paketov je zgrajenih tako, da ustrezajo običajnim QFN-stilskim obrisom, zato se zlahka prilegajo standardnim postavitvam tiskanih vezij. Število zatičev in razporeditev zatičev običajno sledita znanim vzorcem QFN, izpostavljena termalna blazinica pa je ohranjena na istem mestu in v isti obliki kot oblikovana različica.
Zaradi tega je priporočeni vzorec podlage PCB pogosto enak tako za odprte kot oblikovane pakete. Enotna zasnova tiskanega vezja lahko podpira zgodnje sestave z odprtimi IC paketi za dostop in nastavitev ter kasnejše različice s popolnoma oblikovanimi ali popolnoma zaprtimi pokrovi, z malo ali brez sprememb na plošči.
Kdaj uporabljati pakete IC z odprto votlino?
Potrebe po neposrednem dostopu do čipov
Izberite paket integriranih vezij z odprto votlino, kadar mora biti čip dosegljiv za sondiranje, predelavo ali tesno spremljanje med razvojem in testiranjem.
Potrebe po zračnih vrzelih v optičnih, MEMS in RF
Uporabljajte odprto votlinsko pakiranje, kadar vezje potrebuje zračno režo za optične poti, gibanje MEMS ali RF strukture za pravilno delovanje.
QFN-združljiv odtis z prihodnjimi možnostmi
Izberi ta slog, ko projekt zdaj potrebuje QFN-podobno površino, kasneje pa lahko preklopiš na popolnoma oblikovan ali popolnoma pokrovljen paket brez menjave tiskanega vezja.
Termična in pokrovna ocena v zgodnjih različicah
Odprti IC paketi so koristni, ko morajo zgodnje različice oceniti različne hladilnike, toplotne vmesne materiale, pokrove ali okna, preden dokončno zaključijo paket.
Uporabe brez čipa
Podpirajo lahko okolja z visoko zanesljivostjo, kjer goli matrici potrebujejo prilagodljivo embalažo, hkrati pa ohranjajo velikost in stroške pod nadzorom.
Zaključek
IC paketi z odprto votlino omogočajo nadzorovan dostop do čipa, hkrati pa ohranjajo združljivost s pogostimi postavitvami v slogu QFN. Podpirajo testiranje, delovanje zračnih rež in termično ocenjevanje pred končnim tesnjenjem. S pravilnim rokovanjem, načrtovanjem in tesnjenjem lahko ti paketi zadovoljijo potrebe po zanesljivosti in podpirajo zaznavanje, RF, prototipe in specializirane IC programe brez večjih sprememb na tiskanih vezjih.
Pogosta vprašanja [FAQ]
Kako se paketi IC z odprto votlino primerjajo po ceni z oblikovanimi QFN-ji?
Odprti IC paketi stanejo več na enoto kot oblikovani QFN zaradi dodatnih procesnih korakov in manjših proizvodnih količin.
Kakšne omejitve veljajo za velikost čipa in število zatičnikov v odprtih votlinih?
Podpirajo majhne do srednje velike velikosti matric in število zatičev; Velike matrike ali veliko število zatičev zahtevajo posebne ali keramične zasnove zračnih votlin.
Kakšno posebno rokovanje zahtevajo odprti IC paketi na proizvodni liniji?
Zahtevajo strogo ESD nadzor in natančno rokovanje le s strani ohišja paketa, brez stika ali pretoka zraka čez izpostavljene žice čipa in vezi.
Ali je mogoče ohišje IC z odprto votlino predelati po sestavi tiskanih vezij?
Da, vendar je treba predelavo omejiti na nekaj nadzorovanih toplotnih ciklov in uporabljati nežno čiščenje, da ne poškodujete votline in veznih žic.
Kako se odprti IC paketi uporabljajo pri ATE in laboratorijskih testiranjih?
Nameščeni so v vtičnice ali testne plošče v slogu QFN, ki omogočajo dostopnost votline, hkrati pa so združljive s standardno testno opremo.
Kakšne so glavne slabosti v primerjavi s popolnoma oblikovanimi embalažami?
So bolj občutljivi na onesnaženje in mehanske poškodbe, zahtevajo strožji nadzor rokovanja in niso primerni za zahtevna okolja, razen če jih kasneje zatesnijo.
