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Processo de Fabricação de “Chips”

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Encapsulamento Eletrônico(Packaging)

• Define-se como a Tecnologia de Interconexão de Componentes Eletrônicos. Esta tecnologia permite definir e controlar o ambiente operacional dos arranjos com o objetivo de cumprir especificações em termos de:

1.Desempenho2.Confiabilidade3.Custo4.Velocidade5.Tamanho6.Outros

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Hierarquia do Encapsulamento Eletrônico

• Nível 0 -“Dies” (Circuitos integrados)• Nível 1 - No nível de “CHIP”• Nível 2 - No nível de Circuito impresso• Nível 3 - No nível de arranjo de C. Impresso• Nível 4 - No nível de Sistema

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Hierarquia do Encapsulamento Eletrônico

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Encapsulamento de Dispositivos Básicos

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Encapsulamentos Atuais

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Encapsulamentos Típicos

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Evolução dos Encapsulamentos

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Tendências para Encapsulamentos Discretos

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Topologia de Interconexões no Chip

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ClassificaçãoBásica dos Encapsulamentos

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Encapsulamentos de Furo Passante

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Encapsulamentos de Furo Passante

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Encapsulamentos de Montagem Superficial

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Encapsulamentos de Montagem Superficial

DescriptionPinCount

PackSymb

ol

Package TypesType

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Características Influenciadas por um Encapsulamento Eletrônico

1. VELOCIDADE1. Velocidade de Propagação

(Chip-Chip) alta (Retardos Baixos)

2. Largura de banda elevada (Freqüência. de trabalho elevada)

2. NUMERO DE PINOS E “WIREABILITY”1. Alto No. de Pinos de I/O por

Chip2. Alto No. de Conexões de I/O

entre 1o e 2o Nível3. Grande No. de Conexões

3. TAMANHO1. Tamanhos Compactos

4. RUÍDO1. Linhas de Transmissão de

qualidade (Zo alto e R baixo)2. Baixo “Cross Talk”3. Distribuição de energia com

(L alto e R baixo)4. Evitar “spikes”de ligação e ter

baixas quedas IR

5. CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS E MECÂNICAS1. Alta remoção de Calor 2. Acoplamento dos

Coeficientes de Expansão Térmica entre “Dice” e “Chip Carrier”

3. Resistência a vibrações e Stress Mecânico

6. TESTE CONFIABILIDADE E CUSTO1. Fáceis de Fabricar e

Testar2. Fáceis de Modificar e

Consertar7. ALTA CONFIABILIDADE8. BAIXO CUSTO

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Fatores Mecânicos, Elétricos, Térmicos e Ambientais

1. Fatores Mecânicos1. Tensões de origem

Mecânica2. Tensões de origem

Térmica

2. Fatores Térmicos1. Controle Térmico2. Indução de tensões

3. Fatores Elétricos1. Velocidade2. Ruído3. Qualidade de

Interconexões4. Distribuição de Energia

4. Fatores Ambientais1. Proteção do

empacotamento contra ambientes externos hostis

• Estes fatores são de grande importância,já que afetam diretamente a confiabilidade de um encapsulamento diminuindo muito sua durabilidade:

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Incidência de Falhas Em CI’s

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Controle Térmico dos Encapsulamentos

• OBJETIVOS:– Manter as To das junções de todos os componentes abaixo

dos níveis máximos permitidos– Administrar a diferença de To de junção entre

componentes– Administrar diferenças de To entre membros estruturais do

arranjo– Quando implementada corretamente, uma boa

administração térmica pode: • Estender a vida dos componentes além da vida

projetada. • Manter a operação do dispositivo sem flutuações

induzidas por temperatura excessiva. • Aumentar as velocidades de chaveamento já que a

temperatura de operação é reduzida nos dispositivos semicondutores.

• Aumentar a eficiência térmica dos componentes passivos .

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Administração Térmica nos Encapsulamentos

• O processo de administração térmica pode ser dividido em três fases principais:

– Transferência de calor dentro do encapsulamento do componente semicondutor.

– Transferência de calor do encapsulamento até o dissipador de calor.

– Transferência de calor desde o dissipador de calor até o meio ambiente .

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Técnicas de Controle Térmico de Sistemas Eletrônicos

1. RESFRIAMENTO DO CHIP– Uso de Propagador de calor (Al)– Uso de materiais cerâmicos de alta condutividade térmica

(AlN, BeO, SiC)– Uso de encapsulamento rebaixado para diminuição do

caminho térmico– Uso de dissipador de calor para reduzir resistências

térmicas convectivas2. RESFRIAMENTO DA PLACA

– Melhoria da condutividade térmica da placa– Trocador de calor com ar– Trocador de calor com líquidos

3. RESFRIAMENTO DE PLACAS MULTI-CHIP– Trocadores de calor com ar e H2O

4. OUTROS ESQUEMAS– Resfriamento por imersão (CRAY)– Resfriamento criogênico

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Novas Técnicas de Controle Térmico

• A pressão por novas soluções de controle térmico, tem gerado novas técnicas como as seguintes:

– Utilização de materiais de alta condutividade térmica. – Utilização de tubulações no substrato (Heat pipe) para

escoamento de calor. – Utilização de materiais Compósitos.– Combinação de materiais para blindagem de EMI

(Interferência Eletromagnética) e controle térmico. – Adoção de materiais de interface que reduzem as resistências

térmicas. – Colagem direta a substratos de alta condutividade térmica. – Utilização de técnicas MEMS para escoamento térmico no

substrato ou no próprio chip.

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Cargas Mecânicas Dinâmicas que Afetam a Confiabilidade do

Empacotamento

1. Vibração2. Aceleração e Choque3. Ruído Acústico4. Variações abruptas de Pressão

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Necessidade de Proteção Ambiental nos Encapsulamentos Eletrônicos

• É necessário tomar cuidados para proteger empacotamentos eletrônicos, placas de Circuito impresso e componentes individuais contra:

1.Sujeira2.Poeira3.Umidade4.Contaminantes Iônicos (K+, Na+)5.Radiações de Partículas Alfa6.Interferência Eletromagnética (EI)7.Ambientes hostis