Kemasan IC: Melindungi Chip Semikonduktor untuk Keandalan Jangka Panjang

Lompat Ke:

• Apa Itu Kemasan IC?
• Mengapa Kemasan IC Penting?
• Apa Itu Kemasan IC
• Tipe Kemasan IC
• Pertimbangan Desain IC
• Apa Tipe Kemasan IC Paling Umum
• Bahan dan Metode Perakitan Kemasan IC Alternatif
• Apa Itu Bahan Die-Attach?
•  Tipe Perakitan Wire Bond
• Enkapsulan
• Memahami Kemasan IC

Agar semikonduktor dapat bekerja dengan andal selama bertahun-tahun penggunaan, krusial bagi setiap chip untuk tetap terlindungi dari elemen dan stres yang mungkin. Itu membawa kita pada dua pertanyaan – apa itu kemasan sirkuit terpadu (IC), dan mengapa itu esensial untuk aplikasi elektronik Anda? Jika Anda bekerja di industri elektronik dan tidak jelas bagaimana bahan kemasan IC dapat bekerja untuk Anda, inilah penjelasan dasar tentang ide di balik kemasan IC.

 

Request a Free Quote

 

Apa Itu Kemasan IC?

Kemasan IC merujuk pada bahan yang mengandung perangkat semikonduktor. Kemasan adalah kotak yang mengelilingi bahan sirkuit untuk melindunginya dari korosi atau kerusakan fisik dan memungkinkan pemasangan kontak listrik yang menghubungkannya ke papan sirkuit tercetak (PCB). Ada banyak tipe sirkuit terpadu yang berbeda, dan oleh karena itu ada tipe sistem desain kemasan IC yang berbeda untuk dipertimbangkan, karena tipe desain sirkuit yang berbeda akan memiliki kebutuhan yang berbeda ketika berkaitan dengan cangkang luarnya.

Mengapa Kemasan IC Penting?

Kemasan IC adalah tahap terakhir dalam produksi perangkat semikonduktor. Selama tahap penting ini, blok semikonduktor ditutupi dalam kemasan yang melindungi IC dari elemen eksternal yang berpotensi merusak dan efek korosif dari usia. Kemasan pada dasarnya adalah pelindung yang dirancang untuk melindungi blok dan juga untuk mempromosikan kontak listrik yang menyampaikan sinyal ke papan sirkuit dari perangkat elektronik.

Teknologi kemasan IC telah berkembang sejak 1970-an saat paket ball grid array (BGA) pertama kali digunakan di antara produsen kemasan elektronik. Pada awal abad ke-21, opsi baru dalam teknologi kemasan melampaui paket pin grid array, yaitu plastic quad flat pack dan thin small outline package. Seiring kemajuan tahun 2000-an, produsen seperti Intel memulai era paket land grid array.

Sementara itu, flip-chip ball grid arrays (FCBGAs), yang menampung lebih banyak jumlah pin daripada tipe paket lainnya, menggantikan BGA. FCBGA berisi sinyal input dan output di seluruh die, bukan hanya di tepinya.

Tipe Kemasan IC

Ada berbagai cara untuk mengkategorikan desain kemasan IC berdasarkan pembentukan. Seperti itu, ada dua tipe kemasan IC: tipe lead-frame dan tipe substrat.

 

Apa Nama Tipe Kemasan IC?

Di luar definisi struktural dasar dari kemasan IC, kategori lain membedakan tipe sekunder interkoneksi. Informasi lebih lanjut tentang kategori berbeda kemasan IC dapat ditemukan di bawah ini:

• Pin-grid array: Ini untuk soketing.
• Lead-frame dan dual-inline packages: Paket ini untuk perakitan di mana pin melewati lubang.
• Chip scale package: Chip scale package adalah paket single-die, dapat dipasang langsung pada permukaan, dengan area yang lebih kecil dari 1,2 kali area die.
• Quad flat pack: Paket lead-frame tipe leadless.
• Quad flat no-lead: Paket kecil, ukuran chip, digunakan untuk pemasangan permukaan.
• Multichip package: Paket multichip, atau modul multichip, mengintegrasikan beberapa IC, komponen diskrit dan die semikonduktor ke substrat, sehingga paket multichip terlihat seperti IC yang lebih besar.
• Area array package: Paket ini menawarkan performa maksimum sambil tetap menghemat ruang dengan memungkinkan sebagian area permukaan chip digunakan untuk interkoneksi.

Penting untuk dicatat bahwa banyak perusahaan menggunakan paket area array. Contoh terdepan dalam hal ini adalah paket BGA, yang hadir dalam berbagai format, termasuk paket chip scale yang kecil — kadang disebut paket QFN — dan paket yang lebih besar. Konstruksi BGA melibatkan substrat organik, dan aplikasinya terbaik dalam struktur multichip. Modul dan paket multichip adalah alternatif terdepan untuk solusi yang menggunakan format system-on-chip. Opsi lain termasuk paket interkoneksi dua langkah dan double-surface.

Selain itu, kategori untuk perakitan wafer IC, dikenal sebagai kemasan level wafer (WLP), telah menjadi populer dalam istilah industri. Dalam paket level wafer, konstruksi terjadi di muka wafer, menciptakan paket ukuran flip chip. Paket level wafer lain adalah kemasan level wafer fan-out (FOWLP), yang adalah versi yang lebih canggih dari solusi WLP konvensional. Berbeda dengan WLP di mana wafer dipotong setelah lapisan luar kemasan dipasang, pemotongan wafer FOWLP terjadi terlebih dahulu.

 

Pertimbangan Desain IC

Memilih kemasan IC yang tepat untuk aplikasi Anda dimulai dengan mengetahui informasi teknis tentang berbagai pertimbangan desain yang terlibat dalam produksi kemasan IC. Misalnya, Anda akan ingin menyadari komposisi bahan dan substrat yang tepat untuk kemasan IC Anda. Juga penting untuk mengetahui perbedaan antara substrat paket kaku dan pita. Banyak perusahaan juga mempertimbangkan penggunaan laminat sebagai alternatif lead frame dan memilih substrat yang bekerja baik dengan konduktor logam.

Pelajari lebih lanjut tentang beberapa pertimbangan desain teratas di bawah ini.

 

Komposisi Bahan

Performa kemasan IC bergantung besar pada komposisi kimia, listrik dan bahannya. Meski perbedaan fungsional, paket lead-frame dan laminat sama-sama sangat bergantung pada komposisi bahan. Paket lead-frame, format yang umum, menggunakan finishing wire-bond perak atau emas, dipasang dengan metode spot-plating. Itu membuat proses lebih sederhana dan terjangkau.

Pada paket keramik, Alloy 42 adalah tipe logam yang banyak digunakan karena bekerja dengan bahan dasar. Pada paket plastik, lead frame tembaga lebih disukai karena melindungi sambungan solder dan menawarkan konduktivitas. Karena kebijakan di beberapa wilayah, bahan ini juga salah satu faktor kritis pada paket plastik pemasangan permukaan.

Karena revisi standar Eropa, finishing lead telah menjadi subjek penyelidikan yang intens pada paket assembly level berikutnya. Tujuannya adalah untuk menemukan pengganti yang viable untuk solder tim-lead, yang mudah diterapkan dan telah menjadi bahan pokok di industri selama bertahun-tahun. Namun, produsen belum menyatukan diri di sekitar satu solusi, sebagian karena persaingan yang luas di antara pemasok. Masalah lead kemungkinan tidak akan terselesaikan dalam beberapa waktu ke depan.

 

Alternatif Lead Frame

Mulai akhir tahun 1970-an, laminat muncul sebagai alternatif lead frame dalam assembly chip-to-board. Hari ini, laminat luas di seluruh industri solusi kemasan IC, karena efektivitas biaya relatifnya dibandingkan dengan substrat keramik. Laminat paling populer adalah tipe organik tahan suhu tinggi, yang memberikan karakteristik listrik yang unggul dan juga lebih terjangkau.

 

Substrat yang Dapat Diterapkan

Di tengah kenaikan popularitas paket semikonduktor, juga telah ada permintaan yang meningkat untuk substrat dan interposer yang dapat diterapkan. Substrat adalah bagian dari paket IC yang memberikan kekuatan mekanis pada papan dan memungkinkannya terhubung dengan perangkat eksternal. Interposer memungkinkan pemroutan konektivitas dalam paket. Dalam beberapa kasus, kata "substrat" dan "interposer" dapat dipertukarkan.

 

Perbedaan Antara Substrat Paket Kaku dan Pita

Substrat paket hadir dalam jenis kaku dan pita. Substrat kaku adalah padat dan didefinisikan dalam bentuknya, sedangkan substrat pita adalah tipis dan fleksibel. Dalam hari awal manufaktur IC, substrat terdiri dari bahan keramik. Hari ini, sebagian besar substrat terbuat dari bahan organik.

Jika substrat terdiri dari beberapa lapisan tipis yang ditumpuk untuk membentuk substrat kaku, ini dikenal sebagai substrat laminat. Dua substrat laminat paling umum dalam manufaktur IC adalah FR4 dan bismaleimide-triazine (BT). Yang pertama terdiri dari epoksi, sedangkan yang terakhir adalah bahan resin kelas tinggi.

Sebagai bagian karena kualitas insulasi dan konstanta dielektrik rendahnya, resin BT telah muncul di industri IC sebagai salah satu bahan laminat favorit. Pada BGA, BT adalah substrat yang paling umum digunakan. BT juga telah menjadi resin favorit untuk laminat paket chip scale (CSP). Sementara itu, pesaing di seluruh dunia memproduksi alternatif epoksi dan campuran epoksi baru, yang mengancam BT, mungkin mengurangi harga secara keseluruhan seiring dengan pasar menjadi lebih kompetitif dalam tahun-tahun mendatang.

Sebagai alternatif substrat kaku, substrat pita sebagian besar terbuat dari polyimide dan jenis bahan tahan suhu dan tahan lama lainnya. Keuntungan substrat pita adalah kemampuannya untuk bergerak dan membawa sirkuit secara bersamaan, yang menjadikan substrat pita pilihan prioritas dalam hard drive dan perangkat lain yang membawa sirkuit di tengah gerakan cepat dan konstan. Keuntungan utama lain dari substrat pita adalah berat rendahnya, yang berarti mereka tidak menambah dimensi keberatan apapun pada permukaan yang diterapkan.

 

Substrat untuk Membantu Konduktor Logam

Paket IC juga harus datang dengan konduktor logam yang dapat merute sinyal ke berbagai fitur interkoneksi. Oleh karena itu, esensial bagi substrat untuk membantu memfasilitasi proses ini. Substrat merute sinyal input dan output chip ke fitur lain pada sistem dalam paket. Penempatan folia, biasanya tembaga, yang dilekatkan ke laminat dalam substrat mencapai konduktivitas logam. Lapisannya yang dipecahkan dengan emas dan nikel sering diterapkan sebagai finishing atas tembaga untuk mencegah interdiffusi dan oksidasi.

 

Apa Tipe Kemasan IC Paling Umum?

Lead frames adalah tipe kemasan IC paling umum. Anda akan menggunakan paket ini untuk die yang dihubungkan wire-bond, dengan finishing plating perak atau emas. Untuk paket plastik pemasangan permukaan, produsen sering menggunakan bahan lead frame tembaga. Tembaga sangat konduktif dan sangat fleksibel, jadi dapat bermanfaat untuk tujuan ini.

Bahan dan Metode Perakitan Kemasan IC Alternatif

Banyak produsen mencoba beralih dari paket IC lead frame finishing lead sebenarnya, tetapi mereka telah digunakan begitu sering selama waktu yang lama sehingga transisi sulit bagi beberapa. Paket yang paling umum mencakup berikut ini:

• Paket dual inline: Paket dual inline terdiri dari dua baris pin listrik di tepi horizontal komponen IC persegi panjang. Paket dual inline dipasang ke papan sirkuit dengan lubang melalui atau soket.
• Paket small outline: Paket small outline tipis (TSOP) adalah komponen IC yang terdiri dari bentuk persegi panjang dengan pin kecil di tepi horizontal. TSOP umum pada IC yang menyuplai RAM dan flash memory.
• Paket quad flat: Paket quad flat (QFP) adalah komponen IC datar, persegi, dengan leads di setiap empat tepi. QFP tidak dapat dipasang lubang melalui, dan soket jarang tersedia untuk paket tipe ini. QFP dapat memiliki sebanyak 32 pin atau sebanyak 304 pin, tergantung pada rentang pitch. Variasi QFP termasuk low-profile dan thin. Produsen elektronik Jepang pertama kali menggunakan QFP selama tahun 1970-an, meskipun tipe paket ini tidak akan mendapatkan traksi di Amerika Utara dan Europa sampai awal tahun 90-an.
• Ball grid arrays: BGA adalah paket pemasangan permukaan yang membawa chip biasanya dilihat dalam peralatan komputer. Berbeda dengan paket IC lain, di mana hanya perimeter yang dapat terhubung, seluruh permukaan bawah dapat dipasang pada BGA. Karena koneksi bola yang lebih pendek, BGA menawarkan kecepatan tertinggi di antara semua paket IC. BGA umum pada stick RAM dan kartu USB, termasuk kartu RAM dan speaker. Proses soldering pada BGA memerlukan presisi.

Paket substrat, seperti paket berbasis keramik, akan memerlukan alloy yang serupa dalam koefisien ekspansi termal (CTE) dengan keramik, seperti Iconel atau Alloy 42. Dalam proses pemasangan die, kami melekatkan die ke substrat dengan bahan die-attach khusus, yang dapat kita gunakan dalam perakitan wire-bond face-up. Penting untuk menghindari celah pada bahan yang dilekatkan, karena ini dapat menyebabkan titik panas. Bahan die-attach yang baik secara listrik dan termal konduktif, menjadikannya ideal untuk paket substrat.

Anda akan menggunakan laminat jika Anda membutuhkan performa lebih tinggi atau sedang menangani jumlah I/O tinggi. Paket laminat adalah alternatif berbiaya rendah yang luar biasa untuk substrat keramik dan memiliki konstanta dielektrik yang lebih rendah juga.

Apa Itu Bahan Die-Attach?

Tipe paket IC ini memiliki dua fungsi utama. Pertama adalah untuk melindungi die dari kerusakan yang mungkin disebabkan oleh faktor eksternal. Kedua adalah untuk mendistribusikan input dan output ke fine pitch yang dapat dikelola. Selain itu, paket menyediakan struktur terstandarisasi yang mengarahkan jalur termal dengan benar, jauh dari die yang ditumpuk. Secara keseluruhan, struktur lebih cocok untuk tes listrik dan lebih tahan terhadap kesalahan.

Bahan die-attach adalah bahan cair atau film yang dirancang oleh produsen untuk menghindari outgassing, yang dapat menurunkan kualitas wire bond. Bahan ini juga berfungsi sebagai penangkal stres, sehingga die tidak pecah jika CTE tidak sepenuhnya cocok dengan substrat.

Ada berbagai metode untuk menerapkan bahan die-attach, beberapa lebih rumit daripada yang lain. Untuk sebagian besar penggunaan, die-attach diterapkan pada perakitan di mana wire bond berada di muka permukaan. Dalam semua kasus, bahan die-attach termal konduktif. Pada perakitan tertentu, die-attach juga menyediakan konduktivitas listrik. Untuk mencegah titik menjadi terlalu panas bersama dengan die, produsen umumnya mencoba mencegah void pada bahan. Bahan die-attach, baik cair maupun film, menahan outgassing dan melindungi die dari kerusakan.

Tipe Perakitan Wire Bond

Perakitan wire bond hadir dalam tiga format:

• Thermo-compression bonding
• Thermosonic ball bonding
• Room temperature ultrasonic wedge bonding

Tipe perakitan wire bond yang Anda pilih akan datang dengan kemampuan perakitan yang berbeda. Wire bonding biasanya menggunakan kawat emas, meskipun Anda dapat menggunakan kawat tembaga sebagai gantinya jika Anda memiliki lingkungan perakitan yang kaya nitrogen. Wedge-bonding dengan kawat aluminium dapat menjadi alternatif hemat biaya.

Bonding ultrasonik dimulai dengan kawat melalui lubang di permukaan perakitan komponen. Proses ini mencakup die dan bond substrat.

Bonding thermosonic adalah proses yang digunakan untuk menghubungkan IC silikon ke komputer. Proses ini merakit komponen unit pemrosesan pusat, yang mengintegrasikan sirkuit komputer pribadi dan laptop.

Bond thermosonic terdiri dari energi termal, mekanis dan ultrasonik. Mesin yang melakukan proses ini mengandung transducer, yang mengubah energi listrik menjadi piezoelektrik.

Bonding thermocompression adalah metode yang menggabungkan dua logam melalui campuran gaya dan panas. Metode ini juga disebut wafer bonding, diffusion bonding, solid-state welding dan pressure joining. Bonding thermocompression melindungi struktur listrik dan paket perangkat terlebih dahulu sebelum pemasangan permukaan. Metode ini mencakup difusi permukaan dan batas biji.

Enkapsulan

Enkapsulan adalah bagian terakhir dari paket IC dan berfungsi untuk melindungi konduktor dan kawat dari kerusakan lingkungan dan fisik. Mereka dapat dibuat dari epoksi atau campuran epoksi, silicone, polyimide atau berbasis pelarut atau room temperature vulcanizable. Sisa komponen yang Anda pilih akan tergantung pada kebutuhan spesifik dari sirkuit terpadu dan aplikasi Anda.

Papan sirkuit tercetak dapat rentan terhadap debu elektrostatis di lingkungan industri dan otomotif. Untuk melindungi properti mekanis PCB, produsen sekarang menggunakan resin enkapsulasi.

Sebagai pelindung, potting dan enkapsulan sangat efektif dalam mencegah debu dan elemen atmosfer lain dari merusak mekanisme PCB. Dengan resin yang memadai, enkapsulan dapat melindungi PCB dari stres getaran, kejutan dan elemen eksternal. Agar aplikasi berfungsi dengan efektif, resin harus diuji untuk kesesuaiannya dalam berbagai lingkungan kerja potensial. Fungsi unit dalam pengaturan ini juga harus dievaluasi.

Sebagai alternatif potting dan resin enkapsulasi, beberapa produsen menggunakan lapisan konformal, yang mengikuti bentuk setiap papan dan menawarkan kekuatan dan daya tahan, tanpa mempengaruhi berat atau dimensi PCB. Lapisan umumnya diuji dalam pengaturan atmosfer normal. Setiap tes menempatkan efek dari lapisan tertentu pada kemampuan listrik dan mekanis PCB yang sedang diperiksa.

Bahan enkapsulan hadir dalam tiga variasi dasar. Bahan primer adalah epoksi, baik murni atau dicampur. Epoksi terdiri dari resin organik dan umumnya terjangkau, sehingga popularitas di kalangan produsen. Bahan lain yang banyak digunakan dalam enkapsulan chip IC adalah silicone, yang tidak berbasis karbon dan oleh karena itu bukan resin organik. Resin silicone umumnya berbasis pelarut. Secara alternatif, beberapa resin adalah room-temperature-vulcanizable, dan kontak dengan kelembaban dapat mengkurnya. Silicone populer karena fleksibilitasnya dalam pengaturan panas dan dingin.

Resin potting dan enkapsulasi hadir dalam beberapa formulasi yang berbeda, begitu juga dengan lapisan konformal. Setiap formulasi disesuaikan untuk rentang kondisi atmosfer tertentu. Melalui pengujian, produsen dapat menentukan formulasi mana yang paling cocok untuk lingkungan tertentu. Dalam situasi normal, sebagian besar jenis resin dan lapisan akan menawarkan perlindungan yang cukup untuk PCB. Dalam pengaturan yang lebih keras, papan umumnya akan memerlukan lapisan dengan bahan khusus, seperti akrilik. Jika PCB dimaksudkan untuk digunakan dalam pengaturan terendam, lapisan ekstra kuat adalah opsi yang paling cocok.

Resin yang terbuat dari silicone memberikan performa PCB optimal dalam berbagai lingkungan. Untuk desain PCB, silicone umumnya lebih disukai daripada polyurethane atau epoksi. Di antara keduanya, polyurethane adalah bahan yang lebih andal dalam berbagai pengaturan. Resin polyurethane dapat efektif dalam pengaturan laut sebagai perlindungan dalam rendaman air asin.

Memahami Kemasan IC

Untuk tetap atas pasar, krusial untuk tetap mengikuti tren dalam kemasan IC. Dengan cara ini, Anda dapat tetap kompetitif dan membuat investasi yang tepat dalam pasar bahan kemasan IC. Berbagai segmen pasar mempengaruhi harga, popularitas dan ketersediaan bahan kemasan. Selain itu, tren pada skala regional dapat mempengaruhi apakah bahan kemasan naik turun dalam penggunaan di sudut tertentu dunia.

Untuk berita, statistik dan informasi tentang tren di pasar IC, pihak yang tertarik harus membaca laporan Semiconductor and IC Packaging Materials Market, yang menguraikan hal-hal sesuai dengan kategori dan aplikasi, semua dalam kerangka industri IC. Ahli di dalam industri menggunakan design data management untuk mengumpulkan dan meninjau informasi tentang solusi desain, masing-masing membawa wawasan mereka ke meja sebagai produsen, pemasok dan retailer serta memberikan gambaran lengkap dari seluruh rangkaian nilai.

Pada setiap waktu, tiba-tiba, peristiwa tak terduga dapat mempengaruhi pasar, termasuk bencana alam, perubahan iklim, gejolak politik, teknologi gangguan dan pergulakan budaya. Sebagai pihak yang tertarik di bidang IC, tetap mengikuti kemasan IC memerlukan Anda untuk mengenali tren tentang produksi, pasokan, ekspor, impor, harga, analisis integritas dan tingkat pertumbuhan keseluruhan bahan kemasan, dan memeriksa mereka secara teratur sehingga Anda dapat merencanakan, mengatur anggaran dan melindungi pendapatan Anda.

Kemasan IC Dari Millennium Circuits

Seperti yang dapat Anda lihat, ada banyak elemen dari kemasan IC untuk sistem elektronik, dan sebagai pemain di industri elektronik, esensial untuk memahaminya dan tetap mengikuti perkembangan baru dalam kemasan canggih — terutama mengenai bagaimana mereka mempengaruhi komponen Anda terkait persyaratan performa. Beberapa aspek kemasan IC kemungkinan akan tetap relatif stabil dalam beberapa tahun mendatang, sementara yang lain mungkin berubah secara signifikan, dan Anda akan ingin tetap unggul. Mengetahui di mana perubahan kemungkinan akan datang memungkinkan Anda untuk bereaksi padanya dengan lebih baik.

Jika Anda memiliki pertanyaan tentang berbagai tipe kemasan IC atau apa pun yang terkait dengan sirkuit atau papan sirkuit tercetak, hubungi para ahli di Millennium Circuits sekarang. Kami sangat bangga membantu pelanggan kami memiliki pemahaman lengkap tentang elektronik yang kami kerjakan. Kami senang memberikan informasi desain dan verifikasi yang Anda butuhkan sehingga Anda dapat membuat keputusan terbaik tentang komponen elektronik untuk bisnis Anda.

 

Request a Free Quote