Pourquoi les capuchons de découplage ne sont-ils pas intégrés au circuit intégré ou à son boîtier?

Le titre est probablement suffisant, mais je me suis toujours demandé pourquoi les capuchons de découplage ne sont pas intégrés à la puce ou au moins à l’emballage du circuit intégré.

L'intégration de condensateurs sur une puce est coûteuse (ils ont besoin de beaucoup d'espace) et peu efficace (vous êtes limité à des condensateurs extrêmement petits).
L'emballage n'offre pas non plus la pièce, le condensateur gênerait le collage.

edit La
miniaturisation des packages IC est tirée par le marché des téléphones portables (des centaines de mégadevices par an, voire un gigadevice). Nous voulons toujours des colis plus petits, à la fois en surface et en hauteur. Ouvrez simplement votre téléphone portable pour voir quel est le problème. (Mon téléphone a une épaisseur de 1 cm et comprend un boîtier haut et bas, un écran, une batterie de 5 mm d'épaisseur et un circuit imprimé avec des composants.) Vous pouvez trouver des boîtiers BGA d'une hauteur inférieure à un mm ( ce boîtier SRAM mesure 0,55 mm (!)). C'est moins que la hauteur d'un condensateur de découplage 0402 100 nF.
Une caractéristique typique de la mémoire SRAM est que la taille du package n’est pas standard. Vous trouvez 8 mm * 6 mm, mais aussi 9 mm * 6 mm. C'est parce que le paquet correspond à la matrice aussi étroitement que possible. Juste le dé plus de chaque côté une fraction de mm pour le collage. (En BTW, les matrices BGA sont collées sur une carte de circuit imprimé intégrée, qui achemine les signaux des bords vers la grille à billes.)
Ceci est un exemple extrême, mais d'autres logiciels tels que TQFP ne laissent pas beaucoup plus de place.

Il est également beaucoup moins coûteux de choisir et de placer un condensateur sur le circuit imprimé; vous le faites quand même pour les autres composants.

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Les matériaux utilisés dans les puces sont optimisés pour les semi-conducteurs et non pour les condensateurs (c.-à-d. Les constantes diélectriques extrêmement élevées). Et même s'ils l'étaient, les condensateurs sur puce utiliseraient encore beaucoup d'espace, rendant les puces très chères. La zone relativement grande d'un condensateur intégré devrait suivre toutes les étapes délicates du processus nécessaire à la fonctionnalité de la puce d'origine. Par conséquent, les seuls condensateurs construits sur la structure de puce sont ceux qui peuvent de toute façon être très petits ou ceux qui doivent être ajustés très précisément à ce que le CI est destiné à, par exemple, les condensateurs de redistribution de charge d'un analogue à approximation successive. convertisseur numérique qui doit même être coupé pendant la fabrication de la puce.

Pour des choses comme le découplage des rails d’alimentation de la puce ou la mise en mémoire tampon de son nœud de référence, où la valeur précise du condensateur importe peu mais où un produit C * V élevé est nécessaire, il est préférable de placer des condensateurs à côté du ICs. Ceux-ci peuvent être fabriqués en matériau électrolytique ou en céramique compensés pour une tension beaucoup plus capacitive * dans un petit volume, et fabriqués selon un processus idéal pour ces exigences.

Ensuite, il existe bien sûr certaines techniques de conditionnement hybrides dans lesquelles des condensateurs céramiques sont placés sur ou dans le même boîtier avec un CI, mais il existe des exceptions dans les cas où la longueur des connecteurs de la puce passe par un boîtier de CI standard et une prise pour un bouchon le circuit serait déjà trop long et trop inductif, ou lorsque le fabricant de circuits intégrés ne voudrait pas que les concepteurs de circuits lisent leurs feuilles de données et leurs notes d'application sur l'emplacement des capuchons afin que le circuit intégré puisse respecter ses objectifs. Caractéristiques.

Il y avait des prises de circuit intégré avec condensateurs de découplage intégrées. Je ne les ai pas vues depuis des années

Si la question est de savoir pourquoi les capuchons de découplage ne sont pas encapsulés avec le dé dans l'emballage, je dirais que la raison principale est d'ordre économique - dans la plupart des cas, il n'y a pas beaucoup de gain de performances à intégrer le condensateur (à la place le coût supplémentaire (développement du processus, tests et coût des produits) n’apporte aucun avantage pour le consommateur et ne fait qu’ajouter au coût de l’appareil.

Les processus d’emballage existants devraient également être modifiés pour s’adapter à la puce intégrée à l’emballage. Cela ajouterait une quantité importante de coûts pour le nouvel out ou la modification de l'outillage existant (machines, moules, équipement de contrôle, etc.) - juste pour ajouter ce condensateur supplémentaire.

Pour ce qui est de placer des condensateurs directement sur la puce, cet espace est plus précieux en tant que transistors qu’en tant que condensateurs. Encore une fois, pour la capacité, il vaut mieux l’utiliser en dehors de l’emballage de la filière principale.