Warum keramische IC-Verpackungen?

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Als jemand ohne jeglichen Hintergrund in der Elektronik frage ich mich: Warum sind ICs in Keramik oder Kunststoff verpackt? Ich dachte, wir wollten, dass die Wärme so schnell wie möglich ausgeht, und Keramik ist ein guter Wärmeisolator.

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— JohnD
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Sie könnten an diesem Artikel interessiert sein: en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_package#Package_materials

— JYelton

Es handelt sich tatsächlich um Cermet-Materialien, die in IC für militärische Zwecke verwendet werden. En.wikipedia.org/wiki/Cermet , aufgrund der Solidität in rauen Umgebungen - Wüste, Tundra. Allzweck-IC in Plastik verpackt, weil es billiger ist und keine Zuverlässigkeitsanforderungen für das Militär hat.

— Sigrlami

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Metall wird dort eingesetzt, wo eine gute Wärmeleitfähigkeit benötigt wird, aber natürlich nicht für das gesamte Gehäuse.

— Starblue

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Im Allgemeinen ist intern erzeugte Wärme nur ein Faktor in bestimmten sehr spezifischen ICs, beispielsweise der Haupt-CPU oder GPU eines modernen Computers. Bei den meisten anderen ICs ist es ein größeres Problem, die Umgebung und die Wärme fernzuhalten.

— John Meacham

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Da ICs mit Oxiden + usw. bedeckt sind, weist sie oben eine schlechte Wärmeleitung auf. Die Wärme wird hauptsächlich durch den Siliziumkörper und / oder die Metalldrähte abgeführt. Oft wird dann unten Metall als Wärmeleiter verwendet, und Sie können ein Loch unter den IC bohren, um die Kühlkörperfähigkeiten zu verbessern. Die Keramikkappe kann viel höheren Temperaturen standhalten als Kunststoff. Dies ist ein Grund, warum Sie möglicherweise eine Keramikkappe oder eine Drahtverbindung wünschen.

— HKOB

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In IC-Gehäusen ist es sicherlich wünschenswert, Wärme mit dem geringstmöglichen Wärmewiderstand abzuleiten.

Gleichzeitig sind jedoch auch eine elektrische Isolierung und ein Schutz vor Oxidation / Korrosion wünschenswert, zumindest für diskrete Komponenten, die wahrscheinlich gehandhabt oder der Umwelt ausgesetzt werden.

Eine isolierende Verpackung wie Keramik oder Kunststoff ermöglicht diese Isolierung und diesen Schutz, während die Wärmeableitung über kontrollierte Wege wie integrierte Kühlkörper oder Kühlkörperlaschen in einigen Verpackungen oder nur durch die Stifte in anderen ermöglicht wird.

Viele IC-Gehäuse werden auch als Bare-Die- oder WLCSP- Gehäuse ( Wafer Level Chip Scale ) verkauft, damit der Schaltungsmontageprozess direkt mit der Leiterplatte verbunden werden kann. Der blanke Chip wird dann nach dem Löten oder Verbinden der Bleihöcker mit der Leiterplatte durch Epoxy-Vergießen oder ähnliche Schutzbeschichtungen umweltgeschützt.

Eine solche bloße Verpackung erfordert natürlich eine ausgefeiltere Montageausrüstung als die viel größeren IC-Gehäuse (und die größeren Kontaktabstände), daher sind sie nicht für jedermann geeignet.

— Anindo Ghosh
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Die in Keramikgehäusen am häufigsten vorkommenden Chips sind solche mit UV-löschbarem Speicher. Damit ein solcher Speicher nach dem Programmieren wiederverwendet werden kann, muss es möglich sein, die Düse einer beträchtlichen Menge UV-Licht auszusetzen. Dies erfordert, dass der Chip ein Quarzfenster hat, und die Installation eines Quarzfensters auf einem Chip erfordert wiederum, dass das Chippaket aus etwas besteht, dessen Wärmeausdehnungseigenschaften denen von Quarz angemessen entsprechen. Wenn ein Quarzfenster in ein Epoxidgehäuse eingebaut würde, würde die Wärmeausdehnung und -kontraktion des Gehäuses wahrscheinlich dazu führen, dass die Dichtungen versagen und atmosphärische Luft (einschließlich Wasserdampf) das Teil erreichen und es zerstören kann. Ich habe einmal einen Chip gesehen, der aussah, als wäre er aus Epoxidharz mit einem Plastikfenster, das ein bisschen "milchig" aussah. Ich habe nicht Ich sollte es jedoch nicht genau genug untersuchen, um dies zu bestätigen. Wenn es ein Kunststofffenster wäre, wäre es wahrscheinlich für einige UV-Löschzyklen verwendbar gewesen, aber viele Kunststoffe verschlechtern die UV-Belichtung relativ schnell. Vielleicht hat jemand gedacht, dass die Herstellung von EPROM-Chips mit Kunststoffgehäusen so viel Kosten spart, dass sie, selbst wenn sie nach einigen Anwendungen versagen würden, wiederverwendbar genug wären, um ihre Verwendung anstelle von Teilen ohne Fenster zu rechtfertigen, und billig genug, um ihre Verwendung zu rechtfertigen von Keramikteilen. Ich glaube jedoch nicht, dass sie sich jemals durchgesetzt haben. d wiederverwendbar genug sein, um die Verwendung anstelle von Teilen ohne Fenster zu rechtfertigen, und billig genug, um die Verwendung anstelle von Keramikteilen zu rechtfertigen. Ich glaube jedoch nicht, dass sie sich jemals durchgesetzt haben. d wiederverwendbar genug sein, um die Verwendung anstelle von Teilen ohne Fenster zu rechtfertigen, und billig genug, um die Verwendung anstelle von Keramikteilen zu rechtfertigen. Ich glaube jedoch nicht, dass sie sich jemals durchgesetzt haben.

Der andere andere Ort, an dem ich Keramikteile gesehen habe, war an Orten, an denen sie eine Metallplatte hatten, die wärmegesenkt werden würde. Auch hier war die Dimensionsstabilität der Keramik notwendig, um zu verhindern, dass die Dichtung unter sich ändernden Temperaturbedingungen versagt.

— Superkatze
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Interessante Spekulationen, aber es scheint zu eng. Es sieht für mich so aus, als hätten ältere Generationen von ICs bei Nicht-EPROM-Typen höhere Frequenzen von Keramikgehäusen. Irgendwelche Ideen zu den Gründen dafür und für den anschließenden Übergang zu Epoxid in den meisten Fällen? Ich frage mich, ob es relevant ist, dass Stifte oft auch vergoldet wurden, oder ob sich das nur zeigte ... Also frage ich mich: War Epoxid zunächst nicht verfügbar oder kostengünstig, waren Mfgs paranoid oder protzig, wenn sie die verwendeten widerstandsfähigere Keramik, bis sie merkten, dass es sich nicht lohnte, änderte sich die Kraft der Branche oder war es etwas anderes?

— underscore_d

@underscore_d: Die Herstellung von Keramik wird teurer, aber für hochwertige Chips waren die Kosten möglicherweise nicht hoch genug, um eine Rolle zu spielen, insbesondere wenn die Auswirkungen einer Epoxidverpackungslinie schlimmer waren als bei Keramik. Ich vermute auch, dass frühe Epoxidverpackungen möglicherweise nicht so hitzebeständig waren wie spätere; Angesichts der Hitze vieler Chips wäre das ein Problem gewesen.

— Supercat

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Keramik wird in HF- und Mikrowellenanwendungen verwendet, da sie Isolations- und Impedanzeigenschaften aufweist, die für Radar- und Handy-Basisstations-Türme von entscheidender Bedeutung sind. Viele Kunststoffe und Epoxide nehmen Feuchtigkeit aus der Luft auf. Ändern der Eigenschaften bei Änderung der Luftfeuchtigkeit. Dies wirkt sich auf die Frequenzabstimmung aus. Sie können gut genug versiegelt werden, um die Infiltration und Schädigung durch Wasserstoff und Sauerstoff in umlaufenden Satelliten zu verlangsamen.

Für die Wärmeleitfähigkeit ist BeO zwar extrem gut, aber der Herstellungsprozess birgt Gefahren. Aluminiumnitrid ist thermisch ziemlich gut und kann je nach Design verwendet werden. Ein weiteres Problem mit Kunststoffen ist, dass einige Späne heiß genug sind, um sie zu schmelzen oder zu zersetzen. Es gibt Anwendungen mit keramikbeschichteten Metallen, bei denen die HF-Frequenzen nicht beeinflusst werden.

— user70448
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Oldschool-Teile kamen in der weniger beliebten Metalldose. Dosen sind für Massenware nicht üblich. Keramik- und Kunststoffgehäuse weisen eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit (~ 20 W / m ∙ K) auf und kosten nur einen Bruchteil der Kosten eines Metallgehäuses. Keramikverpackungen sind normalerweise weiß, da sie ein Material mit hohem Aluminiumoxidgehalt sind. Kunststoffverpackungen sind schwarz, da sie Ruß und / oder Graphit enthalten, um sowohl Wärme als auch statische Aufladung abzuleiten.

— rhk
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