Технология упаковки кристаллов микросхем

Следуя всеобщей тенденции уменьшения размеров электронных компонентов, фирма Freescale Semi­conductor разработала новую технологию упаковки кристаллов микросхем в корпус. Технология, получив­шая название redistributed chip packaging (RCP), позво­ляет сократить размеры устройств, а также повысить скорость обработки информации в таких изделиях, как смартфоны и мультимедийные плейеры. При этом по­является также возможность создания более миниатюр­ных и многофункциональных электронных устройств.

А. Мельниченко

Обзор технологий изготовления корпусов микросхем

В настоящее время наибольшее распространение получили три технологии изготовления корпусов ми­кросхем: SiP (system in package), PoP (package on pa­ckage), а также RCP — новая технология, разработан­ная фирмой Freescale. Позволяя достичь высокого уровня интеграции микросхем, способствующей дальнейшей миниатюризации и упрощению изготов­ления электронных устройств, эти технологии выгод­ны также потребителям, получающим в свое распоря­жение более миниатюрные и функционально закон­ченные изделия.

Каждая из технологий имеет свои особенности. Так, если основным требованием является малая за­нимаемая площадь, предпочтительно использовать технологию SiP. Если же необходимо минимизировать расходы, допустив некоторое увеличение площади, то предпочтительнее применить технологию РоР. Но­вая технология RCP с ее возможностью существенно­го сокращения как затрат, так и размеров изделия яв­ляется лучшей из перечисленных выше.

Технологии SiP и РоР. Как следует из названия, технология SiP позволяет размещать в одном корпу­се несколько кристаллов микросхем, в результате че­го общая занимаемая ими площадь значительно со­кращается. Впервые эта технология была использо­вана в 2000 г. фирмой Freescale, объединившей крис­таллы процессора и запоминающего устройства в одном корпусе.

Следующим шагом в развитии этой технологии яв­ляется технология РоР, согласно которой микросхемы располагают одну над другой. Конструкция РоР, пред­лагаемая фирмой Freescale, представлена на рис. 1. Перед монтажом микросхемы проверяются независимо одна от другой. Сверху может быть расположе­на любая микросхема: память, процессор, Bluetooth- модуль или микросхема управления видеокамерой.

Технология РоР стандартизирована организацией JEDEC. Ее внедрение позволило уменьшить затраты на изготовление изделий и ускорить сроки их выхода на рынок.

Стандартизация и масштабируемость. Для об­легчения применения технологии РоР имеется воз­можность осуществить стандартизацию конфигура­ции выводов микросхем. Монтаж микросхем по этой технологии является одной из услуг, предоставляе­мых потребителям фирмой Freescale.

Масштабируемость — еще одно преимущество тех­нологии РоР. Поскольку размеры нижней микросхемы (рис. 1) стандартизированы, потребитель имеет воз­можность широкого выбора поставщика и типа верх­ней микросхемы (например, объема, быстродействия и типа памяти) в соответствии с требованиями, предъявляе­мыми к конкретному изделию.

Рис. 1. Сборка модуля по технологии РоР, предлагаемой фирмой Freescale

Стоимость стандартизиро­ванных микросхем РоР мень­ше подвержена колебаниям рынка. Ускоряется переход к использованию памяти мень­шей стоимости, к более эко­номичным системным реше­ниям, включающим использо­вание кристаллов меньшей площади. Дополнительная экономия достигается при ис­пользовании стандартизиро­ванного испытательного обо­рудования.

Хотя технология РоР ис­пользуется в большинстве случаев, иногда по соображе­ниям снижения стоимости и

сложности применения потребители отдают предпоч­тение технологии SiP.

Фирма Freescale обеспечивает возможность ис­пользования любой из указанных технологий.

Проводной монтаж. Для соединения кристаллов с выводами корпусов SiP и РоР используется провод­ной монтаж.

На поверхности кристаллов микросхем, насчиты­вающих большое число выводов, площадки под эти выводы занимают значительную часть общей площа­ди кристалла, из-за чего уменьшается площадь актив­ных элементов микросхемы. Поэтому для КМОП-мик­росхем фирма Freescale освоила технологию изготов­ления площадок с шагом 35-37 мкм.

Переход к беспроводной технологии

Проводной монтаж получил широкое распростра­нение при установке кристалла в корпус. Однако, как было упомянуто, площадки, к которым присоединя­ются проводники, занимают некоторую часть площа­ди кристалла. Поэтому следующим шагом явилась разработка технологии flip-chip, суть которой заклю­чается в том, что кристалл соединяется с подложкой или печатной платой посредством матрицы выводов, формируемых на его поверхности. При таком подходе проводной монтаж исключается, что способствует уменьшению размеров микросхем и повышению ско­рости их работы.

Сравнительные характеристики технологий изготовления корпусов микросхем

B — отлично (best).

G — хорошо (good).

O — удовлетворительно (OK).

N — плохо (not good).

Рис. 2. Модуль RiP, изготовленный с применением технологии RCP

В разработанной фирмой Freescale технологии RCP использование подложек полностью исключает­ся. Выводы здесь соединяются непосредственно с кристаллом, что позволяет получить корпус меньшего размера с более плотным расположением выводов. Корпус здесь формируется вокруг кристалла. Разме­ры микросхем с большим шагом выводов уменьшают­ся при этом на 50%. Расходы на изготовление боль­ших партий микросхем становятся сравнимыми с за­тратами на изготовление микросхем в корпусах BGA.

В таблице приведены сравнительные характерис­тики вышеуказанных технологий изготовления корпу­сов.

Преимущества технологии RCP

В большинстве случаев технология RCP может за­менить существующие технологии изготовления кор­пусов. Особенно заметны ее преимущества с ростом числа выводов, приходящихся на единицу площади микросхемы. Технология RCP позволяет создавать размещенные в одном корпусе законченные функци­ональные узлы. Примером тому может служить разра­ботанный в фирме Freescale модуль «radio in package» (RiP), содержащий всю электронику мобильного теле­фона (рис. 2). Здесь в одном корпусе объединены процессор, память, усилители звуковой и радиочас­тоты и система управления питанием. Все кристаллы прошли полный цикл проверок с использованием стандартного оборудования. Размеры модуля RiP со­измеримы с размерами почтовой марки.