Применение бескорпусных микросхем

В статье рассмотрены основные преимуще­ства применения бескорпусных микросхем.

А. Мельниченко

Преимущество микросхем, кристалл которых заклю­чен в корпус, состоит в простоте обращения с ними и легкости монтажа на плату. В свою очередь, бескорпусные микросхемы отличаются меньшими размерами и массой (рис. 1). И чем больше эти отличия, тем больше оснований для применения бескорпусных микросхем.

Рис. 1. Контейнер с бескорпусными микросхемами, готовый для поставки потребителям

В прежнее время использование бескорпусных микросхем ограничивалось, главным образом, воен­ной техникой, основные требования к которой – ма­лые габариты и высокая надежность – вынуждали из­готавливать модули с высокой степенью интеграции. С развитием автомобильной электроники перед раз­работчиками встала задача создания устройств, на­дежность работы которых в широком диапазоне тем­ператур была бы сравнима с надежностью военной аппаратуры при сравнительно невысокой цене. Так как использование микросхем в керамических корпу­сах исключалось, единственно приемлемым решени­ем было применение бескорпусных микросхем.

В настоящее время бескорпусные микросхемы на­чинают широко использовать в новых изделиях быто­вой техники, где находят применение новые техноло­гические решения. Для примера можно взять стираль­ную машину, сушилку для белья или кондиционер. В этих изделиях электронные устройства функциони­руют в весьма неблагоприятных условиях. Высокая температура, влажность и вибрация могут привести к уменьшению срока службы компонентов в пластмас­совых корпусах. Учитывая то, что гарантийный срок эксплуатации товаров народного потребления в нас­тоящее время увеличен, необходимость в применении бескорпусных компонентов возросла.

Другая важная область – сертификация изделий. Поскольку для автомобильной электроники остается актуальным необходимость повышения уровня серти­фикации, применение микросхем в стандартных кор­пусах становится основным препятствием. Использо­вание микросхем в керамических корпусах нерацио­нально из-за их высокой стоимости. Единственной альтернативой являются бескорпусные микросхемы. Кроме того, их установка непосредственно на плату способствует повышению надежности устройств, так как число соединений – мест, где отказы возникают наиболее часто – значительно сокращается.

Заключение кристаллов в отдельные корпуса мо­жет также ограничивать потенциальные возможности бескорпусных микросхем. Рассмотрим, к примеру, ха­рактеристики полевого транзистора с малым сопро­тивлением R_DS. Примерно 40% этого сопротивления приходится на элементы корпуса (за исключением сопротивления проводов, соединяющих кристалл с выводами, если не используется технология flip-chip). Поэтому все большее внимание уделяется технологи­ям применения бескорпусных микросхем, транзисто­ров FlipFET, DirectFET и модулей, позволяющим полнее использовать их потенциальные возможности.

С расширением производства мобильных электрон­ных устройств все большее значение приобретает сис­темная интеграция. Микросхемы ASSP (Application Specif­ic Standard Products) и ASIC (Application Specific Integrated Circuits) традиционно являлись теми компонентами, с по­мощью которых осуществлялась интеграция систем, а также достигалось уменьшение объема и массы изделий. Однако, такими способами можно решить проблему лишь частично. Применение бескорпусных микросхем позволяет сделать еще один шаг на пути к дальнейшей интеграции. Следует отметить, что без использования бескорпусных микросхем нынешний уровень развития мобильных телефонов не был бы достигнут.

Несомненно, бескорпусные микросхемы сулят много выгод; но есть еще много вопросов в технологии их применения, как у поставщика, так и у потреби­теля. Применение бескорпусных микросхем требует специальных знаний, оборудования и технологии и многие компании не знают, с чего начать. Кроме того, и у поставщиков компонентов имеются некоторые проблемы. Рассмотрим некоторые из них.

Адаптация потребителей

Когда фирма International Rectifier (IR) начала поставлять микросхемы в бескорпусном исполненнии, первым потребителем, который воспользовался этой технологией, был крупносе­рийный производитель (OEM). Поскольку это бы­ло их первым “выходом на арену”, они решили ку­пить микросхемы KGD (Known Good Die), так как они были протестированы по всем параметрам (что должно было убедить покупателя в возмож­ности полной замены микросхем в корпусном исполнении). Первые шесть месяцев производства были кошмаром для компании и сопровождались вызовами инженеров фирмы IR для разъяснений, поче­му эти микросхемы выходят из строя. В результате про­верки было обнаружено, что потребитель осуществлял монтаж микросхем на линии сборки печатных плат. Они не видели различий между кристаллом и стандартным корпусом. После того, как для монтажа модуля были созданы необходимые условия, выход годных изделий резко возрос. Эта компания и поныне остается основ­ным потребителем бескорпусных микросхем фирмы IR.

Продажа бескорпусных микросхем – часть двусто­ронних отношений. Поставщики заинтересованы в том, чтобы потребители имели достаточно знаний и возможностей для применения бескорпусных мик­росхем. Если не хватает знаний, то всегда есть пути и средства обучения потребителей правильному обра­щению с бескорпусными микросхемами. Для тех, у кого отсутствуют возможность использования таких микросхем, выходом может быть поиск фирм-суб­подрядчиков, которые смогли бы выполнить весь про­цесс монтажа этих ИМС.

Адаптация поставщиков

Некоторые производители микросхем не имеют желания выпускать свои изделия в бескорпусном ва­рианте. Для этого могут быть следующие причины:

1. Конфиденциальность

Некоторые производители опасаются выпускать микросхемы в бескорпусном варианте, так как их внутреннее устройство будет доступно конкурентам, но эта информация может быть получена и при иссле­довании микросхем, установленных в изделие. Кроме того, при поставке микросхем в виде целой кремние­вой пластины или кристаллов на пленке покупатели могут определить выход годных изделий, а открывать доступ к этой информации производители также не желают, так как по ней можно судить о технологичес­ком уровне предприятия.

2. Спецификации

Вопрос касается того, какой объем параметров мик­росхемы следует отражать в ее спецификации. Провер­ка параметров микросхем в составе целой кремниевой пластины не может быть выполнена на том же уровне, что и отдельных микросхем в корпусе (рис. 2).

Рис. 2. Контроль параметров бескорпусных микросхем

3. Гарантии

Несоблюдение мер предосторожности при обра­щении с бескорпусными микросхемами может при­вести к увеличению числа отказов и рекламаций пот­ребителей, в то время как на самом деле дефект мо­жет быть вызван неправильным обращением с мик­росхемами или несоблюдением технологии монтажа, что трудно доказать.

Поставщик должен сформировать свое отношение к перечисленным проблемам прежде, чем поставлять свои изделия в бескорпусном варианте.

Немаловажным для потребителей является и то, нас­колько серьезно поставщик относится к выпуску своих микросхем в бескорпусном виде. Для некоторых компа­ний их выпуск является лишь способом, позволяющим загрузить производственные мощности в период сни­жения спроса на основную продукцию. Как только мощ­ности вновь загружены выпуском основной продукции, объем выпуска бескорпусных микросхем снижается.

Нередко в погоне за максимальной прибылью такие компании назначают слишком высокую цену, которая может быстро упасть при изменении ситуации на рынке.

Рассматривая преимущества бескорпусных мик­росхем, можно прийти к выводу, что причины, побуж­дающие к их применению, не отличаются от тех, кото­рые привели к широкому применению микросхем ASIC. Размеры, масса, надежность, производитель­ность и стоимость – это те параметры, которые поз­воляют бескорпусным микросхемам стать жизнеспо­собной альтернативой, особенно если важнейшими факторами являются затраты времени и средств на разработку новых изделий. Как и прежде, инициато­рами внедрения новых технологий были военные. Од­нако, с ростом требований к производительности, на­дежности и миниатюризации изделий электроники сфера применения бескорпусных микросхем непре­рывно расширяется и предела этому не существует.