Корпуса интегральных схем

В настоящее время отечественными производителями ЭУ широко применяются импортные навесные компоненты, поэтому целесообразно привести ряд сокращений, использующихся при обозначении корпусов (или конструкций компонентов):

BGA – безвыводной кристаллодержатель обычно со столбиковыми (шариковыми) матричными контактными площадками по поверхности донной части основания корпуса, содержащего тонкопленочную разводку и выводные отверстия для упрощения сборки и монтажа данного компонента для поверхностного монтажа (Ball Grid Array);

CLCC (или LDCC) – керамический кристаллодержатель с четырехсторонней разводкой выводов (Ceramic Leaded Chip Carrier);

COB – бескорпусной кристалл, монтируемый на плате (подложке) (Chip-On-Board);

DIP – корпус с двухсторонней разводкой выводов для монтажа в отверстиях платы (т.е. традиционного монтажа (ТМ)) (Dual In-Line Package);

FP – плоский микрокорпус с двухсторонней разводкой плоских (планарных) выводов (Flat Pack);

FQFP – улучшенный кристаллодержатель с четырехсторонней разводкой мелкошаговых выводов (Fine Pitch Quad Flat Pack);

GQFP – кристаллодержатель с матричными выводными площадками по своей периферии (Guard Ring Quad Flat Pack);

LCCC – безвыводной керамический кристаллодержатель с четырехсторонней разводкой выводных контактных площадок (Leadless Ceramic Chip Carrier). Отечественный аналог – корпус типа Н;

MELF – цилиндрическая чип-конструкция пассивного компонента (Metal Electrode Leadless Face);

mini-MELF – уменьшенные цилиндрические корпуса типа MELF;

PGA – кристаллодержатель с матричными укороченными I-образными выводами (Pin-Grid Array);

PLCC – пластмассовый кристаллодержатель с четырехсторонней разводкой J- или L-образных выводов (Plastic Leaded Chip Carrier). Отечественный аналог – корпус типа Е;

PQFP – пластмассовый кристаллодержатель с четырехсторонними плоскими выводами (Plastic Quad Flat Pack);

QFP, TQFP или QFTP – кристаллодержатели с четырехсторонней разводкой плоских выводов или со шлейфом выводов (соответственно Quad Flat Pack, Thin Quad Flat Pack (т.е. утоненный QFP) либо Quad Flat Tape Pack (т.е. с ленточными выводами)); если перед обозначением стоит буква P, то следует понимать, что кристаллодержатель пластмассовый, а если стоит буква C – то керамический;

SIP – корпус с односторонней разводкой выводов или выводных контактных площадок (Single-In-Line Package);

SO, SOIC – малогабаритный корпус для поверхностного монтажа (ПМ) с двухсторонней разводкой выводов преимущественно для интегральных схем, но используется для сборок и наборов дискретных пассивных элементов либо компонентов (Small Outline Integrated Circuits). Отечественный аналог – корпус типа Ф;

SOJ – уменьшенный корпус с двухсторонней разводкой выводов J-образной формы (Small Outline J-package);

SOL – уменьшенный корпус с двухсторонней разводкой удлиненных L-образных выводов для интегральных схем (Small Outline Large);

SOT, SOD – микрокорпуса соответственно для транзисторов и диодов (Small Outline Transistor, Small Outline Diode);

TAB – кристаллодержатель, автоматизированно монтируемый на гибком (ленточном) носителе со сверхтонкими выводами (Tape-Automated Bonding);

TCP – кристаллодержатель с ленточными выводами на тонком носителе, обычно используется для многокристальных МСБ с применением TAB-технологий (Tape Carrier Package);

Бурное развитие техники ИС потребовало принципиально нового подхода к вопросам корпусирования, поскольку корпуса типа DIP с присущими им ограничениям по числу и способу расположения выводов не соответствуют высоким требованиям миниатюризации аппаратуры. Поэтому реальным выходом стало применение микрокорпусов, монтируемых на поверхность плат.

При изготовлении двух функционально идентичных устройств на микросхемах, размещенных в корпусах для ПМ и типа DIP, стоимость устройств в первом варианте сокращается в 4 раза, объем уменьшается в 8 раз, а масса – в 2-5 раз по сравнению со вторым вариантом. Поэтому площадь коммутационной платы, необходимая для размещения одного и того же количества корпусов, уменьшается в 2-6 раз. Однако, в силу разных причин (например, дефицитность ПМ-компонентов, их повышенная стоимость для БИС, СБС, УБИС и др.) в настоящее время при изготовлении ячеек ЭУ иногда используют корпуса типа DIP.

Кристаллодержатели с выводами. Это квадратные или прямоугольные корпуса, которые имеют J-образные выводы, либо L-образные или другие формы выводов (конструкции различных типов выводов представлены на рис.17), расположенные по четырем сторонам с шагом 1,27мм и менее. В них могут размещаться полупроводниковые микросхемы, а также сборки и наборы разных компонентов, выполненные по всем существующим технологическим вариантам. Корпуса изготавливают с применением разных материалов: металлов; разных пластмасс; керамик и др. (рис.18-23).

Рис.17. Формы выводов и выводных контактных площадок ПМ-компонентов с видом монтажных соединений: а,б – L-образные выводы (“крыло чайки” и “крыло альбатроса”); в – безвыводной компонент с наращиваемыми балочными выводами (в виде “клюшки”), формируемыми с изгибом 60; г,д,е –J-образные выводы (г,д–скрытые, е – открытый (выступающий)); ж,з – плоские балочные(ж – без формовки, з – формуемые в виде “паука”) ,и,к,л – I-образные выводы (и,к – выступающие за пределы корпуса, л – в пределах границ основания корпуса); м,н – безвыводной корпус (м – выводные контактные площадки по периферии боковых сторон корпуса, н – выводные площадки по полю основания); о – специальные тонкопленочные выводные дорожки на основании-плате в составе корпуса с выводными отверстиями; п – выводные контактные площадки пассивных чип-компонентов; 1 – корпус компонента; 2 – вывод компонента; 3 – коммутационная плата; 4– припой; 5 – контактная площадка коммутационной платы; 6 – основание корпуса (плата-носитель); 7 – выводное отверстие; 8 – тонкопленочная разводка выводов.

Рис.18. Корпуса с плоскими выводами, отличающиеся двух- и четырехсторонней разводкой выводов (соответственно FP и QFP), а также материалом корпуса (керамика либо пластмасса) и некоторыми элементами конструкции (например, высотой размещения и толщиной выводной рамки в теле корпуса и др.)

.

Рис.19. Конструкция и габаритные размеры кристаллодержателя типа PLCC.

Рис.20. Разновидности модернизированных конструкций многовыводных кристаллодержателей типа QFP: NQFP с утопленным телом корпуса (а) и QFTP (б) с ленточными мелкошаговыми выводами.

Рис.21. Конструкция и габаритные размеры улучшенного пластмассового кристаллодержателя типа мини-PFQFP с уменьшенным до 0,27 мм шагом выводов.

Рис.22. Корпус типа PGA для СБИС с прореженной (а) и с полной (по всему основанию) (б) матрицей выводов, а также контактная панелька, смонтированная на плате для корпуса типа (в).

Рис.23. Конструкция и габаритные размеры безвыводного керамического кристаллодержателя типа LCCC/

Безвыводные кристаллодержатели. Важнейшим типом корпусов для техники ПМ является кристаллодержатель с вырожденной формой выводов в виде контактных площадок, расположенных в пределах проекции тела корпуса. Они получили распространение с конца 70-х годов, правда, ограниченное специальными областями применения, и только в последнее время начали использоваться для корпусирования ЗУ и ряда других стандартных СБИС (рис.23,24).

Бескорпусные кристаллы и кристаллодержатели типа ТАВ. Наименьшая монтажная площадь, которую может занимать ИС, БИС, СБИС, или УБИС на КП, - это посадочная площадь самого кристалла и поверхностный монтаж – единственное возможное средство, обеспечить применение бескорпусного кристалла (БК) в составе ЭУ. По сравнению с ЭУ, использующими БИС в корпусах для ТМ, ЭУ на БК БИС по массогабаритным показателям выигрывает в 5-10 раз и в 1,5-10 раз выигрышнее по сравнению с ЭУ использующих БИС в микрокорпусах для ПМ. БК СБИС имеет много очевидных преимуществ, но в тоже время имеет ряд недостатков (например, связанных с потребностью их защиты от влияния внешних воздействий, с проблемами автоматизации их сборки и монтажа и др.).

Применение различных вариантов технологий монтажа БК на гибком полимерном (чаще всего полимиидном) носителе (рис.25) называют ТАВ-технологией, а БК на гибком носителе называют кристаллодержателем типа ТАВ. В сущности ТАВ-конструкция кристаллодержателя является наиболее перспективной для производства высокоплотноскомпонованных ячеек ЭУ, так как позволяет избежать недостатков применения БК в составе ячеек ЭУ и, вместе с тем, повысить эксплуатационную надежность последних.

Рис.24. Безвыводные матричные кристаллодержатели (для БИС) (а,б) и их усовершенствованный тип BGA (для СБИС с матрицей 420-ти столбиковых выводов), содержащий на основании-плате корпуса тонкопленочную разводку с выводными отверстиями (в); а,б – вид со стороны донной части корпуса соответственно для полной и прореженной матриц выводных площадок; в – вид с лицевой стороны кристаллодержателя типа BGA: 1 – крышка корпуса BGA; 2 – основание-плата корпуса BGA с тонкопленочной разводкой и выводными металлизированными отверстиями (для монтажа на матричных контактных площадках знакоместа КП).

Рис.25. Пример 35 миллиметрового формата двухслойного полиимидного гибкого (ленточного) носителя для кристаллодержателя типа ТАВ: МК – место посадки кристалла.