Por que embalagem IC de cerâmica?

Como alguém sem formação em eletrônica, pergunto-me: por que os CIs são embalados em cerâmica ou plástico? Eu pensei que queríamos que o calor se dissipasse o mais rápido possível, e a cerâmica é um bom isolante térmico.

Nos pacotes IC, certamente é desejável dissipar o calor com a menor resistência térmica possível.

No entanto, ao mesmo tempo, o isolamento elétrico e a proteção contra oxidação / corrosão também são desejáveis, pelo menos para componentes discretos que provavelmente serão manuseados ou expostos ao meio ambiente.

Uma embalagem isolante como cerâmica ou plástico permite esse isolamento e proteção, enquanto permite a dissipação de calor por caminhos controlados, como dissipadores de calor integrados ou abas do dissipador de calor em algumas embalagens ou apenas através dos pinos em outras.

Muitos pacotes de ICs também são vendidos como pacotes de matriz simples, ou wafer level chip scale (WLCSP), para que o processo de montagem do circuito se conecte diretamente ao PCB. O chip desencapado é então protegido ambientalmente usando envasamento de epóxi ou revestimentos de proteção semelhantes, após a soldagem ou ligação das protuberâncias de chumbo à placa de circuito.

É claro que essas embalagens simples requerem equipamentos de montagem mais sofisticados do que os pacotes IC (e passo de contato) maiores, portanto, não são para todos.

Os tipos de chips mais comuns em embalagens de cerâmica são aqueles com memória apagável por UV. Para permitir que essa memória seja reutilizada depois de programada, deve ser possível expor a matriz a uma quantidade considerável de luz UV. Isso requer que o chip tenha uma janela de quartzo, e instalar uma janela de quartzo em um chip, por sua vez, exige que o pacote do chip seja feito de algo cujas características de expansão térmica correspondam razoavelmente às do quartzo. Se uma janela de quartzo fosse instalada em um pacote de epóxi, a expansão térmica e a contração do pacote provavelmente causariam falhas nas vedações, permitindo que o ar atmosférico (incluindo vapor de água) chegasse à parte e a destruísse. Eu vi um chip uma vez que parecia ser feito de epóxi com uma janela de plástico que parecia um pouco "leitosa"; Eu não' Não o examine atentamente o suficiente para confirmar isso. Se fosse uma janela de plástico, provavelmente seria útil por alguns ciclos de apagamento de UV, mas muitos plásticos degradam relativamente rapidamente a exposição aos UV. Talvez alguém tenha imaginado que fabricar chips EPROM com caixas de plástico economizaria custos suficientes para que, mesmo que falhassem após alguns usos, eles fossem reutilizáveis ​​o suficiente para justificá-los em vez de peças sem janela e baratos o suficiente para justificá-los. de peças cerâmicas. Eu acho que eles nunca entenderam. d ser reutilizável o suficiente para justificá-lo em vez de peças sem janela e barato o suficiente para justificá-lo em vez de peças de cerâmica. Eu acho que eles nunca entenderam, no entanto. d ser reutilizável o suficiente para justificá-lo em vez de peças sem janela e barato o suficiente para justificá-lo em vez de peças de cerâmica. Eu acho que eles nunca entenderam.

O principal outro lugar que vi peças de cerâmica era em lugares onde eles tinham uma tampa de metal que seria dissipada pelo calor. Mais uma vez, a estabilidade dimensional da cerâmica era necessária para evitar que o selo falhasse sob condições de temperatura variáveis.

A cerâmica é usada em aplicações de RF e microondas porque elas têm propriedades de isolamento e impedância cruciais para o radar e as torres das estações base de telefones celulares. Muitos plásticos e epóxis absorvem a umidade do ar. Mudando as características com a mudança de umidade. Isso afeta o ajuste de frequência. Eles podem ser selados o suficiente para retardar a infiltração e os danos causados ​​por hidrogênio e oxigênio em satélites em órbita.

Para a condutividade térmica, na verdade, o BeO é extremamente bom, mas o processo de fabricação apresenta riscos. O nitreto de alumínio é razoavelmente bom termicamente e pode ser usado conforme o projeto. Por fim, outro problema com os plásticos é que alguns chips ficam quentes o suficiente para derreter ou quebrar. Existem aplicações que utilizam metais revestidos de cerâmica onde isso não afeta as frequências de RF.

As peças da velha escola vieram na lata de metal menos popular. Latas não são comuns para peças produzidas em massa. As embalagens de cerâmica e plástico são projetadas para ter condutividades térmicas razoavelmente altas (~ 20W / m ∙ K) e têm uma fração do custo de uma embalagem de metal. As embalagens de cerâmica são geralmente brancas porque são um material com alta alumina. As embalagens plásticas são pretas porque contêm negro de fumo e / ou grafite para dissipar o calor e a carga estática.

Os dados de memória militar do início dos anos 90 estavam em pacotes de cerâmica com pacotes de cerâmica banhados a ouro. Trabalhei em uma sala limpa de montagem de back-end, mantendo as máquinas eutéticas de dieattachers de cunha de alumínio e serra de chanfro. O processo foi o silício de ouro, eutético, em alumínio e alumínio. Die bond sujeito a mais de 20gs post na queima, juntamente com testes ao longo da vida