Pouzdra integrovaných obvodů s otevřenou dutinou jsou integrované obvody, které udržují oblast čipu otevřenou nebo lehce utěsněnou pro přístup. Podporují testování, ladění, tepelné kontroly a funkce vzduchové mezery při zachování standardního povrchového umístění. Tento článek poskytuje informace o struktuře, možnostech, chování, aplikacích, potřebách rozložení, spolehlivosti a správných případech použití.
Přehled balíček IC s otevřenou dutinou
Pouzdra integrovaných obvodů s otevřenou dutinou (také nazývaná otevřená víčka nebo vzduchová dutina) jsou speciální integrované obvody, které záměrně udržují volný prostor nad čipem. Křemíkový čip je připevněn uvnitř plastového nebo keramického těla a spojen malými drátky nebo výbušky typu flip-chip. Místo toho, aby bylo vše pokryto lištou, horní víko zůstává sundané nebo jen lehce připevněné, takže čip a dutina zůstávají otevřené a snadno přístupné.
Běžné termíny pro otevřené pouzdra integrovaných obvodů
Různé firmy mohou používat mírně odlišné názvy pro otevřené pouzdra integrovaných obvodů, i když znamenají téměř totéž. Obaly s otevřeným víkem nebo otevřenou dutinou popisují tělo balení s dutinou čipu, která je stále viditelná, protože víko nebylo uzavřeno. Vzduchová dutina QFN/QFP označuje pouzdra ve stylu QFN nebo QFP, která udržují vzduchovou mezeru nad matrice místo toho, aby prostor vyplnila pevnou formovací hmotou. Plastové pouzdro s otevřenou dutinou (OCPP) je plastové pouzdro, které je postaveno nebo upraveno tak, aby čip ležel v odkryté dutině, kterou lze později znovu zapouzdřit.
Vnitřní části otevřených IC balíčků
• Substrát nebo olověný rám: Měděný rám nebo laminát, který drží kolíky a tepelnou podložku.
• Místo pro připojení čipu: Středová podložka, kde je silikonová čipka upevněna epoxidem nebo pájením.
• Propojení: Drátové vazby nebo flip-chip výstupky, které spojují čip s vodiči.
• Dutiny stěn: Plastový nebo keramický kroužek, který tvoří otevřený prostor nad matricí.
• Možnosti víka: Kovové nebo keramické víko, které lze později přidat k utěsnění dutiny.
Konfigurační možnosti pro otevřené dutinové IC balíčky
Otevřené pouzdra IC lze sestavit několika různými způsoby, v závislosti na tom, jak velký přístup k čipu je potřeba a jaká je potřeba ochrana. Pouzdro bez víka má zcela otevřenou dutinu, takže čip je plně odkrytý. To poskytuje maximální přístup k testování, sondování a přepracování. Částečné víko používá nízké nebo okenkové víko, které zakrývá dutinu, ale stále ponechává některé otvory, takže je kombinací přístupu a základní ochrany. Plně uzavřené pouzdro má uzavřené kovové nebo keramické víko, což poskytuje ochranu blízkou běžnému výrobnímu integrovanému obvodu.
V mnoha projektech se při raných laboratorních testech nejprve používají bezvíkové otevřené pouzdra IC. Verze s částečným víkem přicházejí na řadu v případě určité ochrany, ale je nutné zachovat omezený přístup. Plně zakryté verze se používají, když je návrh téměř finální a chování musí přesně odpovídat finálnímu produktu, přičemž stále vychází ze stejné otevřené platformy IC pouzdra.
Volby propojení v balíčcích integrovaných obvodů s otevřenou dutinou
Pouzdro integrovaného obvodu s otevřenou dutinou označuje strukturu pouzdra, ve které je čip umístěn uvnitř odkryté dutiny. Tento termín popisuje fyzickou konstrukci pouzdra a nedefinuje, jak je čip elektricky připojen k vývodům pouzdra.
V otevřeném pouzdru se běžně používají dvě metody propojení: drátové spojení a flip-chip. V konfiguraci s drátovým spojem je čip namontován lícem nahoru a lepicí podložky kolem obvodu čipu jsou připojeny k olověnému rámu pomocí tenkých kovových drátů. Tyto smyčky drátů zůstávají viditelné, což umožňuje základní vizuální kontrolu a zjednodušuje sondování během testování.
V konfiguraci flip-chip je čip namontován lícem dolů a připojen k pouzdru přes pájené výstupky nebo kovové sloupky. Tato struktura zkracuje elektrickou cestu mezi čipem a pouzdrem, snižuje parazitní efekty a umožňuje vyšší hustotu pinů a lepší výkon signálu. Protože propojení nejsou odkrytá, přímé sondování a přepracování jsou omezenější.
V praxi některá otevřená pouzdra používají drátové propojení během raného vývoje a pozdější přechod na flip-chip, když je potřeba vyšší počet pinů nebo šířka pásma.
Tepelné chování otevřených IC balíčků
Otevřené pouzdra integrovaných obvodů mohou lépe odvádět teplo než plně tvarovaná plastová pouzdra. Protože je méně formní hmoty a někdy je i tenčí nebo žádné víko, má teplo kratší cestu od matrice k vzduchu nebo k chladiči. To může snížit tepelný odpor od čipu k okolnímu prostředí a pomoci udržet teplotu spoje v bezpečném rozmezí.
S otevřenější dutinou je také snazší vyzkoušet různé tepelné materiály rozhraní, kontaktní tlaky a chladicí části. U výkonově hustých integrovaných obvodů se často používají otevřené dutiny integrovaných obvodů k úpravě a zpřesnění chladicího systému před přechodem na finální tvarované pouzdro, které se více zaměřuje na cenu.
Vzduchové dutiny v otevřených pouzdrech IC
V některých otevřených pouzdrech integrovaných obvodů je vzduchem vyplněný prostor uvnitř dutiny funkční součástí zařízení, nikoli vedlejším produktem struktury pouzdra. Přítomnost vzduchu přímo podporuje interakci určitých složek s jejich prostředím.
Pro optická zařízení je vyžadována jasná cesta pro světlo, kterou může zajistit otevřená dutina nebo průhledné víko s okénkem. Podobně MEMS a environmentální senzory spoléhají na dutiny, které umožňují tlaku, zvuku nebo plynu proniknout k snímacím prvkům bez překážek.
Vzduchové dutiny jsou také důležité v RF a mikrovlnných aplikacích. Když vzduch slouží jako dielektrikum nad signálovými stopami, rezonátory nebo anténami, elektrický výkon se může zlepšit díky nižším dielektrickým ztrátám. Naopak pevný plastový převlek může tyto signály blokovat nebo měnit a zhoršovat chování zařízení.
Aplikace otevřených IC balíčků
MEMS a senzorová zařízení
Otevřené pouzdra integrovaných obvodů se používají k umístění MEMS senzorů, jako jsou akcelerometry, gyroskopy a tlakové senzory v aplikacích pro snímání pohybu, polohy a prostředí.
Optické a světelné integrované obvody
Používají se v optických a světelných obvodech, včetně fotodetektorů, světelných zdrojů a optických vysílačů či přijímačů pro datové, zobrazovací a snímací úkoly.
RF přední konce a výkonové zesilovače
Formáty s otevřenou dutinou se používají v RF předních částech a výkonových zesilovačích v bezdrátových spojích, komunikačních modulech a vysokofrekvenčních signálových řetězcích.
Vysoká spolehlivost a letecká elektronika
Tyto balíčky podporují vysoce spolehlivou a leteckou elektroniku, kde se holé čipy používají v kritických systémech řízení, snímání a komunikace.
Prototypy smíšených signálů a analogu
Používají se v prototypech integrovaných obvodů s kombinovaným signálem a analogovými signály, které se používají v laboratořích a na hodnoticích deskách pro ověřování signálových cest, schémat předpojatí a analogových předních částí před plnou výrobou.
Produkční a vlastní programy IC
Otevřené IC balíčky se také používají ve výrobě a zakázkových IC programech, které slouží specializovaným trhům, jako je průmyslová kontrola, lékařská technika, automobilové systémy a komunikační infrastruktura.
Rozměry PCB pro otevřené dutiny IC pouzdra
Mnoho otevřených pouzdr integrovaných obvodů je navrženo tak, aby odpovídaly běžným obrysům ve stylu QFN, takže se snadno vejdou do standardních rozvržení PCB. Počet pinů a jejich uspořádání obvykle následují známé vzory QFN a odkrytá termální podložka je uchovávána ve stejné pozici a tvaru jako tvarovaná verze.
Z tohoto důvodu je doporučený vzor povrchu PCB často stejný jak pro otevřené, tak pro tvarované pouzdra. Jeden design PCB může podporovat rané verze s otevřenými pouzdry integrovaných obvodů pro přístup a ladění a pozdější verze s plně tvarovanými nebo plně pokrytými verzemi, s malými nebo žádnými změnami desky.
Kdy používat integrované obvody s otevřenou dutinou?
Potřeby přímého přístupu k čipu
Vyberte pouzdro integrovaných obvodů s otevřenou dutinou, když musí být čip dosažitelný pro sondování, přepracování nebo důkladné sledování během vývoje a testování.
Potřeby optických, MEMS a RF vzduchových mezer
Používejte otevřené pouzdro v dutině, když obvod potřebuje vzduchovou mezeru pro správné fungování optických cest, pohybu MEMS nebo RF struktur.
QFN-kompatibilní footprint s budoucími možnostmi
Tento styl si vyberte, když projekt potřebuje půdorys podobný QFN, ale později můžete přejít na plně tvarované nebo plně kryté pouzdro bez změny PCB.
Tepelné a krytové hodnocení v raných verzích
Otevřené pouzdra integrovaných obvodů jsou užitečná, když rané sestavy musí před finalizací vyhodnotit různé chladiče, tepelné rozhraní materiály, víka nebo okna.
Aplikace na holé čipy
Dokážou podporovat prostředí s vysokou spolehlivostí, kde holé raznice vyžadují flexibilní balení a zároveň udrží velikost a náklady pod kontrolou.
Závěr
Otevřené pouzdra IC nabízejí kontrolovaný přístup k čipu při zachování kompatibility s běžnými QFN stylovými rozloženími. Podporují testování, provoz vzduchových mezer a tepelné hodnocení před finálním utěsněním. Díky správnému zacházení, návrhu a způsobům utěsnění mohou tyto balíčky splnit potřeby spolehlivosti a podporovat snímání, RF, prototypy a specializované IC programy bez zásadních změn na PCB.
Často kladené otázky [FAQ]
Jak si boxy integrovaných obvodů s otevřenou dutinou stojí ve srovnání s tvarovanými QFN?
Pouzdra integrovaných obvodů s otevřenou dutinou stojí za jednotku vyšší než tvarované QFN kvůli dalším výrobním krokům a nižším výrobním objemům.
Jaká omezení platí pro velikost čipu a počet pinů v pouzdrech integrovaných obvodů s otevřenou dutinou?
Podporují malé až střední velikosti razidel a počet pinů; Velké matrice nebo vysoký počet čepů vyžadují zakázkové nebo keramické konstrukce vzduchových dutin.
Jakou speciální manipulaci vyžadují otevřené IC balíčky na výrobní hale?
Vyžadují přísnou kontrolu ESD a pečlivou manipulaci pouze tělem balení, bez kontaktu nebo proudění vzduchu přes odkryté matrice a spojovací dráty.
Lze po sestavení PCB přepracovat pouzdro integrovaného obvodu s otevřenou dutinou?
Ano, ale přepracování musí být omezeno na několik kontrolovaných tepelných cyklů a používat jemné čištění, aby se zabránilo poškození dutinových a spojovacích drátů.
Jak se používají otevřené pouzdra IC při ATE a laboratorním testování?
Jsou umístěny do zásuvek nebo testovacích desek ve stylu QFN, které udržují dutinu přístupnou a zároveň zůstávají kompatibilní se standardním testovacím zařízením.
Jaké jsou hlavní nevýhody oproti plně tvarovaným pouzdrům?
Jsou citlivější na kontaminaci a mechanické poškození, vyžadují přísnější manipulaci a nejsou vhodné pro drsné prostředí, pokud nejsou později utěsněny.
