Pourquoi un emballage en céramique IC?

En tant que personne sans aucune expérience en électronique, je me demande: pourquoi les circuits intégrés sont-ils emballés dans de la céramique ou du plastique? Je pensais que nous voulions que la chaleur sorte le plus rapidement possible, et la céramique est un bon isolant thermique.

Dans les boîtiers CI, il est certainement souhaitable de dissiper la chaleur avec la résistance thermique la plus faible possible.

Cependant, dans le même temps, une isolation électrique et une protection contre l'oxydation / la corrosion sont également souhaitables, au moins pour les composants discrets susceptibles d'être manipulés ou exposés à l'environnement.

Un emballage isolant tel que la céramique ou le plastique permet cette isolation et cette protection, tout en permettant la dissipation de la chaleur par des chemins contrôlés, tels que les dissipateurs de chaleur intégrés ou les languettes de dissipateur de chaleur dans certains emballages, ou simplement à travers les broches dans d'autres.

De nombreux boîtiers CI sont également vendus sous forme de boîtiers à puce nue ou à puce (WLCSP), pour que le processus d'assemblage de circuits se connecte directement au PCB. La puce nue est ensuite protégée de l'environnement à l'aide de rempotage époxy ou de revêtements de protection similaires, après soudure ou collage des bosses de plomb sur la carte de circuit imprimé.

Un tel emballage nu nécessite bien sûr un équipement d'assemblage plus sophistiqué que les boîtiers IC (et à pas de contact) beaucoup plus grands, ils ne sont donc pas pour tout le monde.

Les types de puces les plus courants dans les boîtiers en céramique sont ceux avec une mémoire effaçable aux UV. Afin de permettre à une telle mémoire d'être réutilisée après sa programmation, il doit être possible d'exposer la puce à une quantité considérable de lumière UV. Cela nécessite que la puce ait une fenêtre en quartz, et l'installation d'une fenêtre en quartz sur une puce nécessite à son tour que l'emballage de la puce soit fait de quelque chose dont les caractéristiques de dilatation thermique correspondent raisonnablement à celles du quartz. Si une fenêtre en quartz était installée dans un boîtier en époxy, l'expansion thermique et la contraction du boîtier entraîneraient probablement la défaillance des joints, permettant à l'air atmosphérique (y compris la vapeur d'eau) d'atteindre la pièce et de la détruire. J'ai vu une puce une fois qui semblait être faite d'époxy avec une fenêtre en plastique qui avait l'air un peu "laiteuse"; Je n'ai pas t l’examiner suffisamment pour le confirmer, cependant. S'il s'agissait d'une fenêtre en plastique, elle aurait probablement été utilisable pendant quelques cycles d'effacement aux UV, mais de nombreux plastiques se dégradent relativement rapidement à l'exposition aux UV. Peut-être que quelqu'un a pensé que la fabrication de puces EPROM avec des boîtiers en plastique permettrait d'économiser suffisamment de coûts que même si elles échouaient après quelques utilisations, elles seraient suffisamment réutilisables pour justifier leur utilisation au lieu de pièces sans fenêtre, et assez bon marché pour justifier leur utilisation à la place de pièces en céramique. Je ne pense pas qu'ils aient jamais compris, cependant. d être suffisamment réutilisable pour justifier leur utilisation au lieu de pièces non vitrées et suffisamment bon marché pour justifier leur utilisation au lieu de pièces en céramique. Je ne pense pas qu'ils aient jamais compris, cependant. d être suffisamment réutilisable pour justifier leur utilisation au lieu de pièces non vitrées et suffisamment bon marché pour justifier leur utilisation au lieu de pièces en céramique. Je ne pense pas qu'ils aient jamais compris, cependant.

Le principal autre endroit où j'ai vu des pièces en céramique était dans des endroits où elles avaient un dessus en métal qui serait dissipé par la chaleur. Là encore, la stabilité dimensionnelle de la céramique était nécessaire pour éviter la défaillance du joint dans des conditions de température changeantes.

La céramique est utilisée dans les applications RF et micro-ondes car elles ont des propriétés d'isolation et d'impédance cruciales pour les radars et les tours de stations de base de téléphones portables. De nombreux plastiques et époxydes absorbent l'humidité de l'air. Modification des caractéristiques avec changement d'humidité. Cela affecte le réglage de la fréquence. Ils peuvent être scellés suffisamment bien pour ralentir l'infiltration et les dommages causés par l'hydrogène et l'oxygène dans les satellites en orbite.

Pour la conductivité thermique, le BeO est en fait extrêmement bon, mais le processus de fabrication présente des risques. Le nitrure d'aluminium est assez bon thermiquement et peut être utilisé en fonction de la conception. Enfin, un autre problème avec les plastiques est que certaines puces chaufferont suffisamment pour les faire fondre ou les décomposer. Il existe des applications utilisant des métaux revêtus de céramique où cela n'affecte pas les fréquences RF.

Les pièces Oldschool sont venues dans la boîte métallique moins populaire. Les canettes ne sont pas courantes pour les pièces produites en série. Les emballages en céramique et en plastique sont conçus pour avoir des conductivités thermiques assez élevées (~ 20 W / m ∙ K), et ils viennent à une fraction du coût d'un emballage en métal. Les emballages en céramique sont généralement blancs car ils sont un matériau à haute teneur en alumine. Les emballages en plastique sont noirs car ils contiennent du noir de carbone et / ou du graphite pour dissiper la chaleur et la charge statique.

Les matrices de mémoire militaire du début des années 90 étaient dans des emballages en céramique avec des emballages en céramique plaqués or. J'ai travaillé dans une salle blanche d'assemblage de backend en maintenant des reliures à coins en aluminium et des scies à chanfrein. Le procédé était une liaison en coin en aluminium eutectique à liaison filière eutectique or-silicium. La liaison est soumise à plus de 20 g de post-combustion avec test de durée de vie