반도체 패키지
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반도체 패키지는 하나 이상의 개별 반도체 디바이스 또는 집적회로를 포함하는 금속, 플라스틱, 유리 또는 세라믹 케이스이다.개별 부품은 다이로 잘라 테스트 및 패키징하기 전에 반도체 웨이퍼(일반적으로 실리콘)에서 제작됩니다.이 패키지는 랜드, 볼 또는 핀 등의 리드를 통해 프린트 회로 기판과 같은 외부 환경에 연결하고 기계적 충격, 화학적 오염 및 빛 노출과 같은 위협으로부터 보호하기 위한 수단을 제공합니다.또한 열 분쇄기의 도움 여부에 관계없이 장치에서 발생하는 열을 방출하는 데 도움이 됩니다.사용 중인 패키지 유형은 수천 개입니다.일부는 국제, 국가 또는 산업 표준에 의해 정의되며, 다른 일부는 개별 제조업체에 고유합니다.
패키지 기능
반도체 패키지는 다이오드 등의 디바이스용 리드 또는 접점을 2개만 가질 수 있습니다.또, 고도의 마이크로프로세서의 경우는, 패키지에 수백개의 접속이 있습니다.초소형 패키지는 와이어 리드로만 지탱할 수 있습니다.고출력 애플리케이션용으로 설계된 대형 장치는 신중하게 설계된 히트 싱크에 설치되므로 수백 또는 수천 와트의 폐열을 방출할 수 있습니다.
반도체 패키지는 반도체와의 접속을 제공하고 폐열을 처리할 뿐만 아니라 환경, 특히 습기의 침입으로부터 "칩"을 보호해야 합니다.패키지 내부의 부유 입자 또는 부식 생성물은 장치의 성능을 저하시키거나 [1]고장을 일으킬 수 있습니다.밀폐 패키지는 기본적으로 주변과 가스를 교환할 수 없습니다. 이러한 구조에는 유리, 세라믹 또는 금속 인클로저가 필요합니다.
날짜 코드
제조원은 보통 잉크 또는 레이저 마킹을 사용하여 제조원의 로고와 제조원의 부품 번호를 패키지에 인쇄하여 비교적 몇 가지 종류의 패키지로 포장된 다양한 호환성이 없는 디바이스를 쉽게 구별할 수 있도록 합니다.마킹에는 4자리 날짜 코드가 포함되어 있는 경우가 많습니다.YYWW로 표시되는 경우가 많습니다.YYY는 역년의 마지막 2자리로 대체되며 WW는 2자리 주 번호([2][3]일반적으로 ISO 주 번호)로 대체됩니다.
매우 작은 패키지에는 종종 두 자리 날짜 코드가 포함되어 있습니다.1개의 2자리 날짜 코드에는 YW가 사용됩니다.Y는 연도의 마지막 자리(0~9)이고 W는 연초에 1에서 시작하여 6주마다 증가합니다(즉, W는 1 ~9).[2]다른 두 자리 날짜 코드인 RKM 생산 날짜 코드는 YM을 사용합니다.Y는 20년마다 사이클로 반복되는 20개의 문자 중 하나(예를 들어 "M"은 1980, 2000, 2020 등을 나타내기 위해 사용됨)이며, M은 생산 월을 나타냅니다(1에서 9는 1월, O는 10월, N은 D를 나타냅니다).
리드
집적회로와 패키지의 리드를 연결하기 위해 와이어 본드가 사용되며, 패키지 리드에서 가는 와이어가 연결되어 반도체 다이 상의 도전성 패드에 접합됩니다.패키지 바깥쪽에서는 와이어 리드를 프린트 회로 기판에 납땜하거나 장치를 태그 스트립에 고정하기 위해 사용할 수 있다.최신 표면 실장 장치는 회로 기판을 통해 뚫린 대부분의 구멍을 제거하며, 패키지에 짧은 금속 리드 또는 패드가 있어 오븐 리플로 납땜으로 고정할 수 있습니다.플랫 팩의 항공우주 장치는 스폿 용접을 통해 회로 기판에 고정된 평평한 금속 리드를 사용할 수 있지만, 현재는 이러한 유형의 구조가 흔치 않습니다.
소켓
초기 반도체 소자는 진공관 같은 소켓에 삽입되는 경우가 많았다.디바이스가 개선됨에 따라 소켓은 신뢰성을 위해 불필요하다는 것이 증명되었고, 디바이스는 프린트 기판에 직접 납땜되었습니다.패키지는 반도체 다이 또는 그 리드에 부하를 주지 않고 납땜의 고온 구배를 처리해야 합니다.
소켓은 여전히 실험용, 프로토타입 또는 교육용 애플리케이션, 디바이스 테스트, 마이크로프로세서 등의 고부가가치 칩(제품 폐기보다 교환이 더 경제적), 칩에 펌웨어 또는 교환 또는 갱신 가능한 고유 데이터가 포함된 애플리케이션(제품 수명 동안)에 사용됩니다.제품.수백 개의 리드가 있는 장치는 제로 삽입력 소켓에 삽입할 수 있으며, 테스트 장비 또는 장치 프로그래머에도 사용됩니다.
패키지 재료
많은 디바이스는 반도체 디바이스의 적절한 보호와 패키지의 리드 및 취급을 지탱하는 기계적 강도를 제공하는 에폭시 플라스틱으로 성형되어 있습니다.플라스틱은 크레졸-노볼락스, 백산폴리이미드, 폴리실리렌, 실리콘, 폴리에폭시드 및 비스벤조시클로부텐이 [4]될 수 있다.일부 장치는 고신뢰성 또는 항공우주 또는 방사선 환경을 위해 조립 후 납땜된 금속 뚜껑이 있는 세라믹 패키지 또는 유리 프릿 씰을 사용합니다.올메탈 패키지는 열을 잘 전달하고 히트 싱크로 쉽게 조립할 수 있기 때문에 많은 경우 고출력(수 와트 이상) 장치와 함께 사용됩니다.대부분의 경우 패키지는 반도체 장치의 단일 접점을 형성합니다.납 재료는 포장 재료와 일치하도록 열팽창 계수를 사용하여 선택해야 합니다.
극히 일부 초기 반도체는 손전등 전구처럼 소형 진공 유리 봉투에 포장되어 있었습니다. 표면 패시베이션과 개선된 제조 기술을 사용할 [1]수 있게 되면서 이러한 값비싼 포장은 더 이상 사용되지 않게 되었습니다.유리 패키지는 여전히 다이오드와 함께 일반적으로 사용되며, 유리 씰은 금속 트랜지스터 패키지에 사용됩니다.
고밀도 다이내믹 메모리용 패키지 재료는 백그라운드 방사선에 대해 선택해야 합니다. 패키지 재료에서 방출되는 단일 알파 입자는 단일 이벤트 업라이트 및 일시적인 메모리 오류(소프트 오류)를 일으킬 수 있습니다.
우주 비행 및 군사 애플리케이션은 전통적으로 밀폐된 마이크로 회로(HPM)를 사용했습니다.그러나 대부분의 최신 집적회로는 플라스틱 캡슐화 마이크로회로(PEM)로만 사용할 수 있습니다.적절한 수식 PEM을 사용한 적절한 제작 방법을 우주 [5]비행에 사용할 수 있습니다.
하이브리드 집적 회로
세라믹 기판상에 복수의 반도체 다이와 이산 부품을 조립해 와이어 본드와 상호 접속할 수 있다.기판에는 외부 회로에 접속하기 위한 리드가 부착되어 있으며, 전체가 용접 또는 프릿 커버로 덮여 있습니다.이러한 디바이스는 싱글 다이 집적회로에서 사용 가능한 성능(열방산, 노이즈, 전압 정격, 누설 전류 또는 기타 특성)을 초과하거나 동일한 패키지로 아날로그 기능과 디지털 기능을 혼합할 때 사용됩니다.이러한 패키지는 비교적 제조 비용이 많이 들지만 집적회로의 다른 장점도 대부분 제공합니다.
멀티칩 집적회로 패키지의 현대적 예로는 마이크로프로세서의 특정 모델을 들 수 있습니다. 마이크로프로세서는 동일한 패키지 내에 캐시 메모리 등의 다른 다이들을 포함할 수 있습니다.플립 칩이라고 불리는 기술에서는 디지털 집적회로 다이가 반전되어 모듈 캐리어에 납땜되어 대형 [6]시스템에 조립됩니다.이 기술은 IBM에 의해 System/360 [7]컴퓨터에 적용되었습니다.
특별 패키지
반도체 패키지는 특수 기능을 포함할 수 있습니다.발광 장치 또는 광검출 장치의 경우 패키지에 투명한 창이 있어야 합니다. 트랜지스터 등의 다른 장치는 부유광에 의해 방해되어 불투명한 [1]패키지가 필요할 수 있습니다.자외선 소거 및 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리 디바이스는 자외선이 메모리에 들어가 소거할 수 있도록 석영창을 필요로 합니다.압력 감지 집적회로는 가스 또는 액체 압력원에 연결할 수 있는 패키지의 포트가 필요합니다.
마이크로파 주파수 장치용 패키지는 리드선에 최소한의 기생 인덕턴스와 캐패시턴스를 가지도록 배열되어 있습니다.초고임피던스 디바이스는 누설 전류가 흐르는 것을 허용하지 않는 패키지가 필요하며 입력 단자 주위에 가드링이 있을 수도 있습니다.특수격리증폭장치에는 입력과 출력 사이에 고전압 절연장벽이 있어 1kV 이상의 통전회로에 접속할 수 있다.
최초의 포인트 접촉 트랜지스터는 게르마늄 결정과 접촉하는 데 사용되는 수염을 조정할 수 있는 구멍이 있는 금속 카트리지 스타일의 패키지를 사용했습니다. 이러한 장치는 보다 신뢰성이 높고 노동 집약적이지 않은 [1]유형이 개발되었기 때문에 잠깐 동안만 일반적이었습니다.
표준
진공관과 마찬가지로 반도체 패키지 표준은 JEDEC, Pro Electron 또는 EIAJ와 같은 국가 또는 국제 산업 협회에 의해 정의되거나 단일 제조업체에 독점될 수 있습니다.
다양한 개별 스루홀 컴포넌트
48핀의 세라믹 이중 인라인 패키지 마이크로프로세서.
실리콘 웨이퍼의 예. 개별 장치는 포장되기 전까지 사용할 수 없습니다.
아날로그 집적회로를 포함한 플라스틱 이중 인라인 패키지.소켓에 장착하거나 프린트 기판에 직접 납땜할 수 있습니다.
히트 싱크에 장착하기 위한 나사산 스터드 및 플렉시블 리드가 있는 저전류 사이리스터 및 고출력 디바이스.이러한 패키지는 정격 수백암페어의 디바이스에 사용됩니다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ a b c d 로이드 P.Hunter (ed.) , Handbook of Semiconductor Electronics , McGraw Hill , 1956 , 의회도서관 카탈로그 56 - 6869 , ISBN 9장 없음
- ^ a b "Quality & Lead-free (Pb-free): Marking Convention". Texas Instruments. Archived from the original on 2015-10-04. Retrieved August 6, 2015.
- ^ Vintage Calculators Web Museum:FAQ: "전자부품 및 회로기판의 날짜 코드"2020-04-23 회수.
- ^ "Encapsulant - an overview ScienceDirect Topics".
- ^ 로널드 K.부렉, 존스 홉킨스 APL 테크니컬 다이제스트'NEAR 솔리드 스테이트 데이터 레코더'. 1998년.2015년 8월 6일 취득.
- ^ Keyan Bennaceur, Nature.com"Ultra-High Electron Mobility Device용 기계식 플립 칩"2015년 9월 22일2015년 4월 23일
- ^ Michael Pecht (ed) 집적회로, 하이브리드 및 멀티칩 모듈 패키지 설계 가이드라인: 신뢰성에 대한 초점, Wiley-IEE, 1994 ISBN 0-471-59446-6, 183 페이지
