¿Por qué el empaque cerámico de IC?

En los paquetes IC, ciertamente es deseable disipar el calor con la menor resistencia térmica posible.

Sin embargo, al mismo tiempo, el aislamiento eléctrico y la protección contra la oxidación / corrosión también son deseables, al menos para componentes discretos que puedan ser manipulados o expuestos al medio ambiente.

Un embalaje aislante, como cerámica o plástico, permite este aislamiento y protección, al tiempo que permite la disipación del calor a través de rutas controladas, como disipadores de calor integrados o pestañas del disipador de calor en algunos paquetes, o simplemente a través de los pasadores en otros.

Muchos paquetes de IC también se venden como paquetes pelados, o paquetes de escala de chip de nivel de oblea (WLCSP), para el circuito Proceso de montaje para conectar directamente a la PCB. El chip desnudo se protege luego con el medio ambiente mediante un encapsulado epóxico o recubrimientos de protección similares, después de soldar o unir las protuberancias de plomo a la placa de circuito.

Por supuesto, este tipo de empaque simple requiere un equipo de ensamblaje más sofisticado que el de los paquetes IC (y de paso de contacto más grandes), por lo que no son para todos.

El tipo de chips que se ve más comúnmente en los paquetes de cerámica son aquellos con memoria borrable por UV. Para permitir que dicha memoria se reutilice después de ser programada, debe ser posible exponer la matriz a una cantidad considerable de luz UV. Esto requiere que el chip tenga una ventana de cuarzo, y la instalación de una ventana de cuarzo en un chip a su vez requiere que el paquete del chip esté hecho de algo cuyas características de expansión térmica coincidan razonablemente con las del cuarzo. Si se instalara una ventana de cuarzo en un paquete epoxi, la expansión térmica y la contracción del paquete probablemente causen que las juntas fallen, permitiendo que el aire atmosférico (incluido el vapor de agua) alcance la parte y la destruya. Una vez vi un chip que parecía que estaba hecho de epoxi con una ventana de plástico que parecía un poco "lechosa"; Sin embargo, no lo examiné lo suficientemente cerca como para confirmar eso. Si se tratara de una ventana de plástico, probablemente se habría podido utilizar durante algunos ciclos de borrado de rayos UV, pero muchos plásticos degradan la exposición a los rayos UV con relativa rapidez. Tal vez alguien pensó que hacer chips EPROM con estuches de plástico ahorraría el costo suficiente para que, incluso si fallaran después de algunos usos, sería lo suficientemente reutilizable para justificar su uso en lugar de piezas sin ventanas, y lo suficientemente barato como para justificar su uso. De piezas cerámicas. Sin embargo, creo que nunca se dieron cuenta.

El otro lugar principal en el que he visto piezas de cerámica era en lugares donde tenían una tapa de metal que se hundiría por calor. Una vez más, la estabilidad dimensional de la cerámica fue necesaria para evitar que el sello falle bajo condiciones de temperatura cambiantes.

La cerámica se usa en aplicaciones de RF y microondas porque tienen propiedades de aislamiento e impedancia cruciales para el radar y las torres de estaciones base de teléfonos celulares. Muchos plásticos y epoxis absorben la humedad del aire. Cambio de características con el cambio de humedad. Esto afecta la sintonización de frecuencia. Se pueden sellar lo suficientemente bien como para retardar la infiltración y el daño causado por el hidrógeno y el oxígeno en los satélites en órbita.

En realidad, para la conductividad térmica, BeO es extremadamente bueno, pero el proceso de fabricación presenta riesgos. El nitruro de aluminio es bastante bueno térmicamente y puede usarse como canción según se adapte al diseño. Por último, otro problema con los plásticos es que algunos chips se calientan lo suficiente como para derretirlo o descomponerlo. Hay aplicaciones que utilizan metales recubiertos de cerámica en los que no afecta las frecuencias de RF.

Las piezas de la vieja escuela vinieron en la lata de metal menos popular. Las latas no son comunes para las piezas producidas en masa. Los paquetes de cerámica y plástico están diseñados para tener conductividades térmicas bastante altas (~ 20W / m ∙ K), y tienen una fracción del costo de un paquete de metal. Los paquetes de cerámica son generalmente blancos porque son un material de alta alúmina. Los paquetes de plástico son negros porque contienen negro de carbón y / o grafito para disipar tanto la carga de calor como la estática.