Capítulo 8: Encapsulado

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Introducción al Diseño de CIs
Universitat Autònoma de Barcelona
Curso académico 2009-10
Elena Valderrama
Ingeniería Informática
Diseño de Circuitos Integra
ados I
Capítulo 8: Encapsulado
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Diseño de Circuitos Integra
ados I
Introducción
Capítulo 8 : Encapsulado
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Capítulos
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6
Introducción
7
Una vez el ASIC está completamente
c
diseñado se envía a fábrica. Allí, el primer paso que se
realiza es la fabricación de las máscaras; una para cada nivel del proceso CMOS. En cada una de
ellas se repite el motivo
o fundamental (circuito) tantas veces (n) como es posible (figura 1). A
continuación se pone en
e marcha la línea de procesos correspondientes a la tecnología que
acabarán construyendo sobre cada una de las obleas de Silicio n copias del circuito representado
por el layout. Tras pasa
ar las comprobaciones necesarias las obleas se cortan, obteniéndose n
pastillas de silicio (o dados, o dice), réplicas idénticas del circuito diseñado.
ver figura >> 01
on todavía inutilizables, es necesario hacer algo para que éstas puedan
Las pastillas tal cual so
conectarse con el resto de
d los componentes que configurarán el sistema final. Este último proceso
recibe el nombre de encapsulado, y es el objeto de este capítulo.
Materiales
•
En la inmensa mayoría
m
de los casos las pastillas de silicio se montarán sobre una cápsula
como las que esstamos habituados a ver en los circuitos integrados convencionales; se
pegará la pastilla
a sobre la cápsula y se “soldarán”
soldarán hilos desde los pads de la pastilla hasta
los pines de la cá
ápsula. Es responsabilidad del diseñador seleccionar la cápsula que mejor
se adapte a las características
c
del circuito.
•
En casos muy particulares es posible que la pastilla esté destinada a ser montada
directamente sob
bre el substrato, p.e. la PCB1
•
Existe todavía una tercera p
posibilidad;; q
que la p
pastilla se monte sobre un substrato q
que
p
y, todas juntas, se encapsulen. Esta última técnica se conoce con
contenga otras pastillas
el nombre de MC
CM (Multi-Chip-Module) o Módulo Multi Chip.
Tipos de encapsulados
El conexionado
Reglas de encapsulado
Unión directa a substrato e híbridos
MCMs
Resumen
1
Ingeniería Informática
PCB: Printed Circuit Board
d
B
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Introducción
Capítulo 8 : Encapsulado
En este capítulo se explicarán brevemente estas técnicas haciendo especial hincapié en aquellas
partes del proceso en lass que el diseñador debe especificar sus necesidades. Nos centraremos en
primer lugar en el uso de
e cápsulas (o encapsulados como también se denominan frecuentemente)
por ser el método más habitual, y posteriormente describiremos brevemente la unión directa a
substrato y los MCMs.
MCMs
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Capítulos
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Introducción
Materiales
Tipos de encapsulados
El conexionado
Reglas de encapsulado
Unión directa a substrato e híbridos
MCMs
Resumen
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Materiales
Capítulo 8 : Encapsulado
En el proceso de encapssulado se trabaja con tres componentes fundamentales: (1) la cápsula en sí
sobre la cual se pega el
e dado de silicio y que llamaremos base, (2) los hilos conductores que
unirán cada uno de los pads
p
del circuito al pin correspondiente de la cápsula, y (3) la propia pastilla
de silicio. Una vez cortados los dados, el técnico responsable del encapsulado pega el dado a su
base y une con hilos co
onductores cada uno de los pads del circuito al pin correspondiente de la
cápsula.
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Capítulos
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7
ver figura >> 02
La base debe:
1. Servir de soporte
e al circuito
Introducción
2. Protegerlo del en
ntorno
Materiales
3. Disipar el calor ge
enerado por éste.
Tipos de encapsulados
Y para ello a la base se le
l pide que:
El conexionado
1. Sea robusta
Reglas de encapsulado
2. Tenga una alta co
onductividad térmica para que disipe bien el calor
Unión directa a substrato e híbridos
3. Tenga un coeficie
ente de expansión térmica (dilatación) lo más parecido posible al del silicio
para que los cam
mbios de temperatura no causen un excesivo stress en la unión dado-base
MCMs
Resumen
4. Aísle
se e
eléctricame
éct ca e
ente
te e
el dado de ssilicio
c o de
del e
entorno
to o o, lo
o que es lo
o mismo,
s o, que te
tenga
ga u
una
a
constante dieléctrica alta.
5. Esté compuesta por materiales fáciles de procesar
La tabla siguiente muesttra algunos de los materiales más frecuentemente utilizados como base de
los encapsulados y sus características.
c
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Materiales
Capítulo 8 : Encapsulado
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Coeficiente
de conductividad
térmica (W/cm.ºK)
Coeficiente
de expansión
(10-6/ºK)
Constante
Dieléctrica
Carburo
Ca
bu o de Si
S (SiC)
(S C)
,
2,2
3,7
3,
42,0
,0
Berilia (BeO)
2,0
6,0
6,7
Alumina (Al2O3)
0,3
6,0
9,5
Dióxido de Si (SiO2)
0,01
0,5
3,9
Polimidas
0,004
-
3,5
Epoxy (PCBs)
0,003
1,5
5,0
Material
4
5
6
7
Introducción
Materiales
Tipos de encapsulados
El conexionado
Reglas de encapsulado
Unión directa a substrato e híbridos
MCMs
Resumen
Desde un punto de vista
a práctico se pueden clasificar en dos grandes grupos: (1) Los materiales
cerámicos (carburo de silicio, berilia y óxido de Al) y (2) los materiales plásticos (dióxido de Si,
polimidas y epoxy). Los primeros son los materiales más adecuados desde el punto de vista de la
disipación de calor ((allta conductividad térmica)) y del aislamiento eléctrico ((alta constante
dieléctrica, sobre todo el SiC) y, aunque su coeficiente de expansión no es todo lo cercano al del
silicio (2,5x10-6/ºK) que lo
o que podríamos desear, lo cierto es que el de los plásticos no es mejor. El
problema con los materia
ales cerámicos es que el resultan caros y más difíciles de procesar que los
plásticos, razón por la cual su uso queda restringido a (1) ASICs de muy alta densidad de
integración en los que
e la disipación de calor sea crítica y/o (2) series pequeñas. Muy
frecuentemente los p
proto
otipos
p se encapsulan
p
en cerámica y p
posteriormente la serie se encapsula
p
en plástico.
Los plásticos vemos qu
ue disipan mucho peor el calor (coeficientes de conductividad muy por
debajo de los de los cerá
ámicos), pero resultan muy fáciles de procesar y económicos.
Los hilos conductores deben asegurar un conexionado estable en el tiempo y eléctricamente
bueno. Por tanto se les pide
p
que tengan:
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Materiales
Capítulo 8 : Encapsulado
1. Una resistencia eléctrica
e
baja
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2. Un coeficiente de
e autoinducción bajo
3. Un coeficiente de
e expansión térmica similar al del silicio, aunque esta condición es menos
crítica que en el caso
c
del material que forma la base
Capítulos
4. Que sean fáciles de soldar sobre los pads del circuito
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7
5. Y que sean durab
bles, es decir, que no sufran corrosión fácilmente
La tabla siguiente muesstra algunos de los materiales más frecuentemente utilizados como hilos
conductores.
Introducción
Mate
erial
Materiales
Coeficiente
de expansión
(10-6/ºK)
Resistencia
(μΩ.cm)
Tipos de encapsulados
Plata
19,0
1,0
El conexionado
Cobre
17,0
1,7
Reglas de encapsulado
Aluminio
23,0
2,8
Tungsteno
4,6
5,3
Molibdeno
5,0
5,3
Unión directa a substrato e híbridos
MCMs
Resumen
Ingeniería Informática
La plata y el cobre son lo
os materiales que tienen una menor resistencia, pero presentan problemas
de corrosión y son incom
mpatibles con las altas temperaturas a los que se somete el encapsulado
cuando se utilizan cerám
micas, así que el Al es el material más frecuentemente utilizado. Tiene la
ventaja adicional que, pu
uesto que los pads del circuito también son del mismo material, el proceso
de unión a los pads es simple.
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Tipos
p de encapsulados
p
Capítulo 8 : Encapsulado
Existe una verdadera mu
ultitud de encapsulados (bases). Si atendemos a la forma de fijar el chip a
la placa PCB podemos clasificarlos
c
en dos grandes grupos:
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1. Encapsulados de
e inserción, cuyos pines atraviesan la placa de PCB. Su principal ventaja
es que pueden uttilizarse en PCBs multi-nivel.
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2. Encapsulados de
e montaje superficial, en los que los chips se colocan sobre la superficie
del PCB. Su prin
ncipal ventaja es que la soldadura de estos chips en los PCBs de montaje
superficial es fácilmente automatizable.
Si atendemos a la forma
a en la que se distribuyen los pines, los encapsulados se pueden clasificar
en tres grupos:
Introducción
1. Encapsulados “d
dual-in-line” o “dual-in-parallel” (DIL o DIP), en los que los pines están
ubicados en sólo dos lados del encapsulado
Materiales
2. Chip-Carriers, en los que los pines se distribuyen por los 4 lados del encapsulado
Tipos de encapsulados
El conexionado
Reglas de encapsulado
Unión directa a substrato e híbridos
MCMs
Resumen
3. Pin-Grid-Arrays (PGAs) y Ball-Grid-Arrays (BGAs). Los PGAs son encapsulados de
inserción en los que los pines se distribuyen
y
por toda la superficie del encapsulado.,
mientras que loss BGAs son su versión equivalente para montaje superficial, teniendo
pequeñas “pelottitas” de material soldable distribuidas por toda la superficie del
encapsulado, en lugar de pines convencionales.
En todos los casos existe
en versiones de inserción y versiones de montaje superficial.
La figura 3 muestra algunos ejemplos de ambos tipos de encapsulados. En ella se han introducido
links a figuras específica
as para los tipos de encapsulado más relevantes, donde se comentan su
características, sus venta
ajas y sus desventajas.
ver figura >> 03
El fabricante o responssable del encapsulado suministrará al diseñador información sobre los
encapsulados disponible
e; sus tamaños y la reglas de encapsulado.
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Tipos
p de encapsulados
p
Capítulo 8 : Encapsulado
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En casi todas las figuras de los encapsulados se han incluido dimensiones físicas. A la hora de
escoger el encapsulado
o el diseñador deberá valorar (1) el tamaño apropiado de la cavidad
(dimensiones H y G de
e la figura) con respecto al tamaño del dado de silicio y (2) el tamaño
apropiado del encapsulado completo con respecto a la placa sobre el que irá montado.
Capítulos
Mucho habría que comentar sobre las ventajas y desventajas de cada encapsulado, aquí nos
vamos a limitar a esboza
ar una visión muy general:
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2
3
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Introducción
Materiales
Tipos de encapsulados
7
1. Encapsulados co
on pines por dos lados: Poseen un número relativamente bajo de pines
(hasta 48 o 64). Resultan fáciles de testear una vez montados en placa. Existen versiones
de inserción (DIL
L o DIP) y de montaje superficial (SOP).
2. Encapsulado con
n pines por sus 4 lados: Poseen un número mayor de pines (hasta 84).
Existen versione
es de inserción y existen diferentes versiones de montaje superficial
dependiendo de la forma de los pines (gull-wing, J-leaded, leadless,..).
3. Encapsulado con
n pines en toda su superficie: Son los encapsulado que permiten el mayor
número de pines (313), aunque resultan difíciles de comprobar una vez montados en placa.
Existen versioness de inserción (PGA) y de montaje superficial (BGA).
El conexionado
Reglas de encapsulado
Unión directa a substrato e híbridos
MCMs
4. Finalmente menccionar que hay en el mercado muchos otros encapsulados que tratan de
cubrir algunas necesidades
n
de espacio muy concretas, como por ejemplo los “flatpackages”, que son
s
encapsulado similares al DIP en los que los pines son muy largos y
salen horizontale
es, esto es, sin doblarse hacia abajo, pensando en montarlo verticalmente
respecto a la placca, etc.
Resumen
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Diseño de Circuitos Integra
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El conexionado
Capítulo 8 : Encapsulado
Una vez se dispone del dado de Silicio y de la base del encapsulado, lo primero que se hace es
pegar el dado a la base,, evidentemente por la parte del dado que no contiene el circuito. La unión
se suele hacer con una
a pasta conductora, y se aprovecha esta unión para polarizar a tierra el
substrato. El siguiente pa
aso es la conexión entre los pads del dado y los pines de la base.
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Introducción
Materiales
Tipos de encapsulados
El conexionado
7
“wire-bonding”
La unión entre pads del circuito
c
y pines del encapsulado se realiza mediante hilos conductores (ver
figura 4.a). Esta unión
n (en inglés wire-bonding), a diferencia de la soldadura, se realiza
directamente entre el hilo conductor y el material del pad (Al) y del pin, sin necesidad de un
material de unión como el estaño. Para ello el extremo del hilo conductor y el material del pad se
funden parcialmente utilizando ultrasonidos y calor. En el extremo del hilo se forma una pequeña
pelota de material fundid
do que se fuerza mecánicamente sobre el pad, quedando ambos unidos
cuando los dos materiales se re-solidifican totalmente. El mismo proceso se repite en el extremo
del pin, entre éste y el hilo (figura 4.b).
Las máquinas de wire-bo
onding son capaces de hacer este proceso una y otra vez, para cada una
de las parejas pin-pad de
el chip.
Reglas de encapsulado
ver figura >> 04
Unión directa a substrato e híbridos
MCMs
Resumen
Ingeniería Informática
Es muy importante que las uniones hilo-pad y hilo-pin sean no sólo mecánicamente estables sino
también muy homogéne
eas en toda la superficie de contacto. De no ser así se crean microcavidades que distorsion
nan el paso de corriente creando pequeñas corrientes de fuga que a su vez
(1) provocan consumoss indeseados y (2) calientan la superficie de contacto. Asimismo es
importante asegurar que
e la resistencia y la capacidad asociada a la unión sean lo menor posibles.
B
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Diseño de Circuitos Integra
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El conexionado
Capítulo 8 : Encapsulado
Para asegurar todos esttos parámetros es necesario un control preciso no sólo de la temperatura,
ultrasonidos y el tiempo de aplicación de éstos, sino también de la longitud del hilo, la altura que
alcanza, el ángulo con el que el hilo llega al pad, etc. (figura 4.c). El control de todos estos factores
justificarán algunas de la
as “reglas de encapsulado” que veremos más adelante.
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Tipos de encapsulados
El conexionado
Reglas de encapsulado
Unión directa a substrato e híbridos
MCMs
7
El tape-automatic
c-bonding o TAB
La técnica de conexionad
do explicada hasta ahora resulta lenta cuando se trata de encapsular chips
a nivel industrial. Una altternativa de uso frecuente es el TAB.
El TAB es una tecnolog
t
l gía
í de
d conexión
ió entre
t pines
i
y pads
d que usa delgadas
d l d
pistas
i t
d metal
de
t l
depositadas (grabadas) sobre una película de polímero, que se colocan de manera que permitan
realizar todas las conexio
ones pad-pin de un chip en (prácticamente) un sólo paso.
La figura 5.a muestra un
n cinta utilizada para el TAB. Las pistas de metal, como se puede ver en la
figura 5.b, quedan “flotan
ntes” en aquellas zonas en las que se ha eliminado el polímero (marcadas
en la figura).
g ) En p
primerr lugar
g se ensambla el dado de silicio colocando una cierta cantidad de
material conductor sobre
e los pads a modo de pequeñas pelotas (son los llamados bumps en la
figura) y se hacen coinciidir éstos con los extremos de las pistas metálicas que quedan en la zona
central de la estructura utilizada para el TAB (ver figura 5.c). Una vez unido el dado de silicio, el
conjunto formado por ésste más la cinta-TAB se llevan a la base del encapsulado, haciendo ahora
coincidir la zona de lass pistas metálicas que han quedado flotantes debido al hueco periférico
sobre las áreas de conexxión de los p
pines y se p
procede igual.
g
Resumen
ver figura >> 05
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Diseño de Circuitos Integra
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El conexionado
Capítulo 8 : Encapsulado
Por supuesto la explica
ación expuesta se ha simplificado extraordinariamente. Los procesos de
bonding a través del TA
AB tiene una gran complejidad, y la alineación dado-cinta TAB y base del
encapsulado-cinta TAB debe realizarse con gran precisión, pero lo que se desea aquí es
simplemente dar la idea de esta técnica.
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Introducción
Materiales
Tipos de encapsulados
El conexionado
7
El “flip-chip”
El flip-chip es una técnica de conexionado introducida por IBM en la cual (1) se depositan unas
aterial conductor sobre cada uno de los pads del circuito (bumps) tal como
pequeñas “bolas” de ma
se hacía en el TAB; (2) se
s coloca la pastilla, cara abajo (con el circuito “mirando”
mirando hacia la base del
encapsulado) con los bu
umps coincidiendo con pads del circuito y (3) se sueldan todas las parejas
de pads y pines (pad+bu
ump+pin) simultáneamente.
Comparado con el wire-b
bonding o el TAB, el flip-chip produce unos conexionados más compactos
y con unas muy buenas características eléctricas en lo que se refiere a resistencia e inductancia de
las conexiones. En la figura 6 se puede ver un esquema del flip-chip frente a la técnica
convencional de unión por
p wire-bonding, así como el detalle de tres bumps colocados sobre los
pads correspondientes.
Reglas de encapsulado
ver figura >> 06
Unión directa a substrato e híbridos
MCMs
Resumen
nveniente de que los bumps deben depositarse sobre la oblea y no a nivel
El flip-chip tiene el incon
de la pastillas ya cortad
da. Otro problema de esta técnica, por otro lado muy buena, es que la
disposición final del circu
uito dificulta la disipación de calor.
Esta técnica, utilizada originariamente como ya se ha dicho por IBM en el famoso IBM-360 y en
circuitos híbridos, ha sido
o mejorada y se usa hoy en día en los MCMs (como se verá más adelante)
y en la unión directa a su
ubstrato.
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página >>12
Diseño de Circuitos Integra
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Reglas
g
de encapsulado
p
Capítulo 8 : Encapsulado
La técnica estándar que
e se utiliza para el encapsulado de ASICs es el wire-bonding, y sólo en
casos muy específicos es
e necesario utilizar alguna de las otras técnicas. Así, en este curso de
introducción al diseño de ASICs, las reglas de encapsulado las referiremos a esta técnica
convencional.
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Introducción
Materiales
Tipos de encapsulados
El conexionado
7
Una vez seleccionado el
e encapsulado el diseñador puede definir la relación pad-pin exacta que
desea y que mejor se va a adaptar a la placa sobre la que irá montada. No todas las relaciones
entre pines y pads son posibles como es fácil de entender; p.e., las relaciones que provoquen el
cruce de alguna pareja de cables de conexionado, o conexionados muy largos y por tanto con
resistencias e inductanccias altas no se podrán permitir. Para solventar estas dificultades, el
fabricante o responsable
e del encapsulado suministra un conjunto de “reglas de encapsulado”
que la asignación pines-p
pads propuesta por el diseñador deberá cumplir.
Se llaman bondpads a los
l pads del circuito (dado de silicio) sobre los cuales se unirán los hilos y,
similarmente, se llaman bondpines a las áreas sobre la base del encapsulado sobre las que se
unirán los hilos proceden
ntes del dado (figura 7.a). La idea general de las reglas de encapsulado es
sencilla: Conseguir distrribuciones homogéneas de los hilos sin que estos se solapen ni sean
demasiado largos.
largos A títtulo de ejemplo,
ejemplo la figura 7.b
7 b muestra un diagrama de encapsulado
(bonding-diagram) corrrecto.
Reglas de encapsulado
ver figura >> 07
Unión directa a substrato e híbridos
MCMs
Resumen
No vamos a ver exhaustivamente todas las reglas de encapsulado porque, entre otras cosas,
d
dependen
d del
d l fabricante
f bi
concreto con ell que se esté
é trabajando;
b j d pero síí vamos a mostrar algunas
l
de ellas. Así por ejemplo
o:
1. Los bondpines se
e distribuyen alrededor de los 4 lados de la cavidad donde se posiciona el
dado de silicio y se
s hallan numerados. El bondpin-1 está indicado por un bondpad de forma
distinto al resto, y el resto de pines se cuentan en el sentido contrario al de las agujas del
relojj ((ver 7.b).
)
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Diseño de Circuitos Integra
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Reglas
g
de encapsulado
p
Capítulo 8 : Encapsulado
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Introducción
7
2. La base del enca
apsulado debe haberse seleccionado de forma que, una vez colocado el
dado de silicio en
e su interior, la longitud de los hilos necesarios para la conexión sea lo
menor posible. El
E dado tampoco puede quedar totalmente pegado a las paredes de la
cavidad porque la máquina de bonding requiere un mínimo espacio para maniobrar. En
consecuencia el tamaño de la cavidad del encapsulado fija no sólo el tamaño máximo del
consecuencia,
dado que se pue
ede colocar en su interior, sino también su tamaño mínimo (dados muy
grandes no caben
n; dados muy pequeños requieren hilos de conexión demasiado largos).
3. Los hilos no debe
en (1) ser muy largos (puesto que provocan Rs, Cs y Ls desaconsejadas),
(2) no pueden qu
uedar demasiado elevados y (3) no pueden cruzarse. Esto limita qué pads
pueden conectarse a qué pines, de modo que se suele aconsejar seguir la siguiente reglas
para definir las conexiones
c
pad-pin: El dado se debe partir (virtualmente) en 8 sectores
como indica la fig
gura 8.a. Sólo están permitidas las uniones que afecten a pads y pines que
estén en el mismo sector.
Materiales
ver figura >> 08
Tipos de encapsulados
El conexionado
Reglas de encapsulado
4. Los hilos, como ya
y se ha dicho, no se pueden cruzar entre sí; y los ángulos formados por la
línea que une ca
ada bondpad con su bondpin y el lado del dado (ver figura 9.b) debe ser
mayor a 45º.
Unión directa a substrato e híbridos
ver figura >>09
MCMs
Resumen
Ingeniería Informática
Cada fabricante añade las
l reglas que cree oportuno y que mejor se adaptan a su tecnología de
encapsulado. Es respon
nsabilidad del diseñador asegurarse que su elección de encapsulado y la
asignación entre pines y pads cumplen las reglas de encapsulado.
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Unión directa a substrato e híbridos
Capítulo 8 : Encapsulado
En casos muy específico
os será necesario colocar el dado de silicio directamente sobre la placa de
PCB, sin encapsulado protector.
p
Tanto el wire-bonding, el TAP o el flip-chip son técnicas que
pueden utilizarse para la
a unión directa a substrato.
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Los encapsulados híbrid
dos (ver figura 10) utilizan un substrato fino para fijar sobre él distintos
dispositivos; ASICs, circu
uitos integrados estándar y componentes más sencillos como capacidades
o resistencias minúscu
ulas. Este substrato puede ser la base de un encapsulado que
posteriormente se sellará
á y quedará, a la vista del diseñador, como un único chip.
ver figura >> 10
Introducción
Materiales
Tipos de encapsulados
El conexionado
Reglas de encapsulado
Unión directa a substrato e híbridos
MCMs
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MCMs ((Multi Chip
p Modules))
Capítulo 8 : Encapsulado
Los MCMs son el último
o nivel de evolución de los híbridos, en los que se han introducido dos
conceptos/técnicas adicionales:
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1. Se ha ampliado el rango de substratos utilizables sobre los cuales colocar los dados de
silicio. Uno de esstos substratos merece algún comentario especial: El Silicio.
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Introducción
Materiales
Tipos de encapsulados
El conexionado
Reglas de encapsulado
Unión directa a substrato e híbridos
MCMs
7
Los llamados MC
CMs activos utilizan como substrato el propio silicio, colocando sobre él
dados de distinta
as procedencias (p.e. algún/os ASIC/s, algún/os CIs estándar como podría
ser un microcontrolador, componentes básicos e incluso se podría pensar en introducir
adores integrados), encapsulándose finalmente juntos. La gran ventaja de
sensores o actua
utilizar silicio como
c
substrato es que sobre él pueden integrarse (con técnicas
fotolitográficas) pistas
p
metálicas y también otros dispositivos activos (p.e.,
(p e transistores).
transistores)
Estos pequeños circuitos integrados sobre la base de silicio pueden constituir verdaderas
“conexiones inteligentes” entre los distintos circuitos integrados en los dados o, p.e. se
puede integrar so
obre el substrato circuitería para el auto-test de los componentes.
2. Sobre los circuito
os integrados, y tras depositar la última capa de pasivación, se deposita
una capa de material
m
aislante (polímeros) por fotolitografía y sobre ella se colocan
pequeños cuadra
ados de Al que harán las funciones de pads. Gravando la capa de aislante
se pueden conecctar estos pads a pistas del circuito. De este modo se puede utilizar toda la
superficie del dad
do de silicio para colocar pads, aumentando espectacularmente el número
de señales que se
s puede entrar/sacar del circuito sin aumentar la superficie del mismo.
La figura 11 muestra un esquema del conexionado de un MCM. En la figura 12 puede verse la foto
de un MCM y la placa a la que substituye.
substituye
Resumen
ver figura >> 11
ver figura >> 12
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Resumen
Capítulo 8 : Encapsulado
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Una vez fabricados y co
ortados los dados de silicio que constituyen el circuito es necesario fijarlos
sobre algún tipo de base
e que permita conectarlo con el resto de los componentes electrónicos del
sistema a la vez que le sirva de protección y asegure una disipación térmica conveniente. Esta
base toma la forma, en la
a gran mayoría de los casos, de un encapsulado.
Capítulos
El diseñador puede opta
ar entre una amplia gama de encapsulados con características particulares.
La elección debe basarse en:
1
2
3
8
9
10
4
5
6
7
1. Capacidad de dissipación de calor (encapsulados plásticos o cerámicos)
2. Número de piness:
Ordenados de menor a mayor
y número de p
pines: DIL o DIP;; chip-carries;
p
; PGAs o
BGAs.
Introducción
3. Del tamaño de la
a cavidad y del dado de silicio
Materiales
4. Del tamaño tota
al del encapsulado y el espacio disponible en la placa en la que vaya
montado.
Tipos de encapsulados
El conexionado
Reglas de encapsulado
Unión directa a substrato e híbridos
MCMs
Resumen
Ingeniería Informática
Una vez seleccionado ell encapsulado el diseñador puede definir la relación entre pads del circuito
y pines del encapsulado,, siempre de acuerdo con la reglas de encapsulado.
Existe la posibilidad de introducir
i
varios dados distintos sobre una misma base, constituyendo los
que se conoce como mó
ódulo multi-chip o MCM (Multi-Chip-Module). Los MCMs permiten colocar
sobre una misma base circuitos estándar (p.e., memorias), ASICs, sensores y/o actuadores, etc,
fabricados con diferentess tecnologías.
Finalmente, otra opción en caso de que la disponibilidad de espacio en el sistemas sea mínima es
el direct-bonding o unión
n directa del dado sobre la placa de circuito.
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Figura 1
Encapsulado
Proceso tecnológico
Corte
Layout
y
Pastillas (dice)
Generación
de las
máscaras
... etc
Máscaras (una por nivel)
Máscara
difusiones
dif
i
P
Máscara de
e área
activa
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Chip
B
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Oblea de Si
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Figura 2
Encapsulado
Dado de Si (ASIC
C)
Base del encapsulado
Hilo (wire-bonding)
p
pin
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Encapsulados de inserción
ó
Encapsulados de montaje superficial
Figura 3
ir a PDI
IP>>
ir a SOP>>
ir a LCC.1>>
ir a LCC.2>>
ir a PGA
A>>
ir a VSQF>>
y :
Otros: Ball-Grid-Array
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ir a BGA>>
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Figura 3.1
Encapsulado PDIP
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Figura 3.2
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Encapsulado PGA
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Figura 3.3
Detalle de los pines (tipo “Gull-wing” o “ala
de gaviota”
Encapsulado SOP
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Encapsulado LCC (“Leadless Chip Carrier”)
Figura 3.4
Detalle de los pines (internos). De
ahí el nombre de “leadless”.
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Encapsulado de tipo “Chip
Chip-Carrier” (LCC)
Figura 3.5
“J-leaded”
Detalle de los pines en forma de J
(J-leaded)
Existen encapsuladoss simulares con formas de pines diferentes:
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Ver foto>>
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Figura 3.6
Detalle del pin de tipo “butt”
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Figura 3.7
Enc
capsulado VSQF
“Gull
Gull-wing”
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Encapsulado BGA
Figura 3.8
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4.a
a : Wire-bonding
g
Figura 4
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hilo conector
bondpin
4.c : De
etalle de una co
onexión
Base del
encapsulado
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bondpad
bondpad
Dado de Si
S
bond
dpin
4.b : Proceso de ball-bonding
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TAB : Tape Automatic Bonding
Figura 5
5.a
Partes flotantes de
la pistas de metal
hu c s en
huecos
n ell film
5.c : proceso
5.b
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Figura 6
6.a
Unión directa a substrato
s
FlipFlip
-chip
6.b
Detalle de 3 “bumps”
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Figura 7
Bondpad
Bondpin
7.a: Bond
Bond-pad y Bond
Bond-pin
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7.b: Ejemplo de asignación correcta
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Figura 8
8
8.a:
P
Particionado
ti i
d en sectores
t
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8 b A
8.b:
Asignación
i
ió correcta
t
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Figura 9
8.a: Regla sobre los ángulos
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8.b: Asignación incorrecta
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Figura 10
Microsistema donde se puede observar dos dados
unidos directamente a substrato (direct-bond
ding)
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Híbrido: Distintos tipos de componentes
encapsulados sobre una misma base
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Figura 11
Gentileza del Dr. Cabruja; CNM-Barcelona
Esqu
uema de un encapsulado MCM
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Figura 12
Gentileza del Dr. Cabruja; CNM-Barcelona
MC
CM y circuito al que sustituye
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