Digitrode

Что такое подложка ИС?

В последние годы подложка микросхемы или интегральной схемы (ИС) приобретает всё большую популярность благодаря возможности интеграции различных микросхем в одном устройстве. Когда в одном устройстве объединяются несколько типов корпусов ИС, им требуется надежная опора, обеспечивающая их безупречную работу. В этом и заключается задача подложек ИС.

Подложка ИС содержит базовые платы, которые используются для сохранения микросхем в хорошем состоянии на протяжении длительного времени. Подложка ИС формирует тепловыводящий канал, который помогает захватывать ИС и направлять соединение к чипу на печатной плате (PCB).

Производство ИС требует от изготовителей микросхем способности обеспечивать плотность соединений, превышающую возможности обычных производителей печатных плат. Поэтому подложка ИС применяется профессионалами в проектах с высокой плотностью элементов.

Кроме того, подложка ИС предоставляет печатным платам поддержку и защиту благодаря различным функциям и возможностям, которые подразделяются на несколько категорий.

Виды подложек ИС

По типу корпуса

★ Подложка для BGA (Ball Grid Array)
Используется, когда необходимо рассеивать тепло и электрическую энергию. Эти чипы позволяют увеличить количество выводов и особенно эффективны при необходимости более 300 выводов.

★ Керамическая многочиповая модульная подложка
Может выполнять сразу несколько функций. Это лучший выбор для компактных 3-в-1 решений благодаря лёгкости и тонкости, однако у неё слабые маршруты и ограниченные возможности тепловывода.

★ Подложка для CSP (Chip Scale Package)
Компактные и лёгкие чипы. Применяются в устройствах хранения памяти и телекоммуникациях благодаря малым размерам и небольшому количеству выводов.

★ Подложка для FC (Flip-Chip)
Специализируются на эффективной теплопередаче и сниженном уровне потерь сигнала. Позволяют стабильно передавать сигналы благодаря уменьшенным помехам.

По материалу

◆ Жёсткая подложка
Изготавливается из ABF-смолы, BT-смолы или эпоксидной смолы. Коэффициент теплового расширения: 13–17 ppm/°C.

◆ Гибкая подложка
Создаётся на основе полиэфирной (PE) или полиимидной (PI) смолы. Коэффициент теплового расширения: 13–27 ppm/°C.

◆ Керамическая подложка
Изготавливается из оксида кремния, нитрида алюминия, оксида или карбида. Коэффициент теплового расширения: 6–8 ppm/°C.

По технологии соединения

■ Проволочное соединение (Wire bonding)
Применяется при необходимости соединить внешний чип с упаковкой с помощью проводов.

■ Автоматическая лента (TAB)
Используется при необходимости интеграции гибкой подложки и проводников на полимерной основе.

■ Флип-чип (Flip Chip, FC)
Применяется, когда требуется соединение с помощью полимерного клея, пайки или сварки.

Как работает подложка ИС?

Подложка ИС — это тонкий слой материала, обеспечивающий электрические соединения между компонентами. Чаще всего она изготавливается из стекла, пластика или металла.

Наиболее распространённая форма — это печатная плата (PCB), которая состоит из одного или нескольких проводящих слоёв (например, меди), разделённых изоляционным слоем.

Подложка содержит токопроводящие дорожки и площадки для монтажа компонентов. Дорожки обычно из меди, а контактные площадки — из материала, хорошо поддающегося пайке, например латуни.

Дорожки и контактные площадки соединяются между собой через переходные отверстия (вии).

Что такое упаковка ИС?

Упаковка ИС — это завершающий этап производства полупроводниковых устройств. На этом этапе микросхема заключена в корпус на основе подложки, что защищает её от внешних воздействий.

Существует два основных типа упаковки:

• С основанием из металлической рамки (lead frame)

• На подложке (substrate-based)

Особенности упаковки:

• Быстрая установка благодаря сетке выводов

• Надёжная опора и защита компонентов

• Миниатюрные размеры чипов с возможностью поверхностного монтажа

• Имитация размера чипа благодаря форм-фактору Quad Flat No-Lead (QFN)

• Возможность интеграции нескольких компонентов в одном модуле

• Максимальная функциональность при минимальном пространстве

Применение подложек ИС

IC substrate PCB применяются не во всех электронных устройствах, а лишь там, где важны размеры и точность монтажа. Примеры использования:

• Повышение производительности памяти в микросистемах

• Снижение радиочастотных помех при упаковке чипов

• Защита плат в устройствах с высокой скоростью передачи данных

• Использование в телефонах, планшетах, ПК

• Применение в медицинской технике для улучшения её функциональности

• Повышение надёжности и производительности телекоммуникационного оборудования

• Повышение долговечности и эффективности промышленных машин

Производственный процесс подложки ИС

Главная задача подложки — соединение чипа и печатной платы через проводящие отверстия. Этапы:

1. Механическая обработка

2. Технология нанесения рисунка и гальваническое меднение
   Регулируется толщина защитного покрытия и точность рисунка на плате.

3. Нанесение паяльной маски
   Применяется после меднения для герметизации отверстий.

4. Измерение толщины поверхности
   Контроль равномерности покрытия, т.к. отклонения могут снизить эффективность платы.

Свойства подложки ИС

• Миниатюризация схем: Упрощает сборку, создаёт компактные и простые схемы.

• Снижение затрат: Высокая производительность при умеренной стоимости.

• Надёжность: Широко используется в телекоммуникациях и медицине.

• Энергоэффективность: Потребляет мало энергии, без потери производительности.

Технологии производства подложек ИС

• Технология прямого изображения (Direct Imaging):
  Обеспечивает высокую точность регистрации, создание линий до 8 мкм. Позволяет использовать технологии mSAP и SAP.

• Системы автоматического формирования изображения (AOI):
  Автоматический контроль качества плат без участия оператора.

• Оптическая инспекция (MOI):
  Эффективный способ выявления дефектов с высоким разрешением с использованием разных источников света.

• Системы сверления с УФ-лазером:
  Применяются для сверления самых сложных участков, достигают точности до 6 мкм. Рекомендуются для передовых ИС.