Больше, чем просто оболочка: Как упаковка чипа определяет, насколько быстро работает ваш телефон

От смартфона в вашей руке до умной бытовой техники и высокопроизводительных серверов — сердце каждого из них бьется в крошечном чипе. Однако, прежде чем эти чипы будут установлены на материнскую плату, они проходят через крайне важный процесс трансформации — упаковку (Packaging).

Этот, казалось бы, незначительный шаг на самом деле является ключом к стабильной, безопасной и эффективной работе чипа. Он не только обеспечивает чип прочной защитной оболочкой, но и создает мост для связи с внешним миром. Без упаковки хрупкий «голый кристалл» (die) не смог бы выжить в сложном мире электроники.

«Защитный щит» для чипа: почему упаковка так важна?

Сердцем наших смартфонов, компьютеров и даже электромобилей являются крошечные и сложные чипы. Изначально эти чипы создаются на круглых кремниевых пластинах (wafers), а после разрезания становятся отдельными, полнофункциональными «голыми кристаллами» (die). Однако эти кристаллы чрезвычайно хрупки: их поверхность покрыта мельчайшими металлическими проводками и контактами, они беззащитны перед влагой, пылью и статическим электричеством и не могут быть напрямую припаяны к печатной плате.

В этот момент на сцену выходит ключевой этап — упаковка (Packaging). Упаковка — это как «защитный щит», созданный специально для чипа.

У нее три основные задачи:

Обеспечить физическую защиту и предотвратить повреждение чипа.

Создать надежные пути для передачи энергии и сигналов, чтобы чип мог взаимодействовать с внешней средой.

Эффективно отводить тепло, чтобы обеспечить стабильную работу чипа.

В целом, упаковка не только защищает чип, но и превращает его в стандартизированный, массовый и надежно работающий электронный компонент.

От «голого кристалла» до готового продукта: четыре ключевых этапа упаковки

Процесс упаковки кажется сложным, но его можно разбить на несколько основных шагов:

1. Прочное крепление и электрическое соединение

Сначала инженеры надежно прикрепляют хрупкий кристалл к подложке или выводной рамке. Этот этап называется «Die Attach». Он не только обеспечивает неподвижность кристалла, но и закладывает основу для будущего отвода тепла. Затем следует «электрическое соединение (Electrical Interconnect)», то есть вывод внутренних сигналов и питания чипа наружу.

Существует два распространенных способа соединения:

• Проволочное соединение (Wire Bond): Это зрелая и надежная технология, при которой чрезвычайно тонкие золотые или медные проволочки соединяют контактные площадки на чипе с внешними контактными площадками упаковки. Ее преимущество — доступная стоимость, что делает ее подходящей для многих применений.
• Перевернутый кристалл (Flip-Chip): В этом методе кристалл «переворачивается», и его крошечные бугорки (bumps) на нижней стороне напрямую припаиваются к подложке. Его преимущество в том, что путь передачи сигнала становится самым коротким, что обеспечивает более высокую пропускную способность. Это особенно подходит для высокопроизводительных процессоров. Чтобы повысить надежность, инженеры также заполняют пространство между чипом и подложкой компаундом (underfill), чтобы уменьшить напряжение, вызванное тепловым расширением и сжатием.

2. Всесторонняя защита

После завершения электрического соединения чипу необходимо «надеть защитную одежду». Производственная линия полностью покрывает чип и тонкие проволочки эпоксидной смолой или пластиком, чтобы изолировать их от влаги, пыли и внешних воздействий. Этот шаг, обычно называемый «формовкой или герметизацией», является важной гарантией безопасной работы чипа.

3. Создание стандартизированного интерфейса

Чтобы чип можно было быстро устанавливать на печатную плату с помощью автоматизированного оборудования, на нижней части упаковки, в зависимости от требований продукта, создаются стандартизированные внешние интерфейсы, например:

• BGA (Ball Grid Array): Внизу упаковки располагается массив шариков припоя, обеспечивающий высокую плотность соединений.
• QFN (Quad Flat No-Lead): Упаковка без выступающих выводов, припаиваемая к печатной плате через металлические площадки на нижней стороне. Она тонкая и легкая, с высокой эффективностью отвода тепла.
• CSP (Chip-Scale Package): Размер упаковки очень близок к размеру самого кристалла, а контактные площадки расположены непосредственно на нижней стороне. Она компактна, а путь передачи сигнала — короткий.

Эти стандартизированные формы не только обеспечивают успешность автоматизированного заводского производства, но и закладывают основу для последующей технологии поверхностного монтажа SMT (Surface-Mount Technology).

4. Строгое тестирование и проверка

Наконец, готовые продукты после упаковки должны пройти серию строгих испытаний, прежде чем они будут отправлены. Эти тесты включают функциональную проверку, «прожиг» (burn-in), температурный цикл, испытания на высокую температуру и влажность, а также проверку уровня влагостойкости (MSL). Только чип, успешно прошедший все эти этапы, считается надежным и качественным продуктом.

Суть упаковки: «со-проектирование» и «надежность»

Качественная упаковка — это не просто обертывание чипа. Она включает в себя сложное и многостороннее сотрудничество, которое называется «со-проектированием (Co-design)». На ранних стадиях разработки продукта необходимо одновременно учитывать чип, упаковку и печатную плату, чтобы обеспечить стабильность конечного продукта.

• Тепловое проектирование (Thermal Design): Высокомощные чипы выделяют много тепла, поэтому внутри упаковки должны быть предусмотрены эффективные пути для его отвода. Инженеры добавляют теплопроводящие материалы (TIM) и теплоотводящие крышки, чтобы снизить тепловое сопротивление и предотвратить перегрев чипа.
• Электрическое проектирование (Electrical Design): Путь для ключевых сигналов должен быть как можно короче, а обратный путь — полным, чтобы избежать влияния на качество сигнала из-за паразитных сопротивлений, индуктивностей или емкостей.
• Механическое проектирование (Mechanical Design): Толщина и коробление упаковки должны строго контролироваться. Если во время пайки оплавлением нагрузка на контактные площадки будет неравномерной, со временем могут появиться трещины, известные как «эффект попкорна» или расслоение, что серьезно сокращает срок службы продукта.

Именно поэтому проводится так много тестов на надежность. Продукт должен стабильно работать в течение многих лет в меняющихся условиях: «жара, холод, влага, сухость, вибрация». Стандартизированные процедуры тестирования созданы именно для того, чтобы свести эти потенциальные риски к минимуму.

Последний шаг в упаковке: идеальное сочетание с печатной платой

После завершения процесса упаковки, прошедшие проверку чипы сортируются и упаковываются в ленту и бобину (tape & reel), затем отправляются на линию SMT (Surface-Mount Technology). Благодаря точному управлению автоматизированного установщика компонентов, чип помещается в нужное место на печатной плате, а затем проходит через печь оплавления, где при высокой температуре шарики припоя плотно соединяются с платой. В конце с помощью рентгеновского контроля проверяется, что каждый паяный шов является полным и надежным.

Только тогда микросхема действительно считается «установленной на плату» и становится незаменимым и надежным компонентом в различных электронных устройствах, которыми мы пользуемся.

Упаковка — этот, казалось бы, незначительный этап — является ключом к превращению хрупкого кристалла в стандартизированный компонент, который может быть произведен в больших объемах, автоматически установлен и надежно работать в течение долгого времени. Поэтому с точки зрения пользователя, ядро электронного продукта, который мы используем, — это не просто «чип» сам по себе, а «чип + упаковка» как единое целое.

Справка: Что такое упаковка? Обзор процесса от пластины до платы.

Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.

Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.

Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.

Тел: 07 223 1058

Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~

Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup

Вас также может заинтересовать…