Funções Básicas das Interconexões Elétricas em Sistemas Eletrônicos

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Alessandra Nobre Avelar
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1 Funções Básicas das Interconexões Elétricas em Sistemas Eletrônicos 1. Permitir intercâmbio de informações em todos os níveis de Encapsulamento 2. Fornecer em todos níveis energia para o funcionamento adequado do sistema 3. Permitir outros tipos de interconexões com o meio ambiente, através de sensores e atuadores, para o encapsulamento de Microsistemas PSI2613_A02-1

Fornecer em todos níveis energia para o funcionamento adequado do sistema 3.

2 Classes de Comunicação Funcional em Sistemas Eletrônicos 1. Comunicações ponto a ponto internas ao CHIP (Interconexões lógicas internas) 2. Comunicações ponto a ponto Externa Interna (Carregamento de programas em RAM) 3. Comunicações Globais Internas (Mensagens do tipo Broad-Cast ) 4. Comunicações Globais Externas Internas (Clock do sistema) PSI2613_A02-2

Comunicações ponto a ponto Externa Interna (Carregamento de programas em RAM) 3.

3 Tipos de Interconexões PSI2613_A02-3

4 Parâmetros Básicos Para Caracterização de Uma Interligação Física 1. Número de Fios por Ligação (N L ) 2. Taxa de Informação por Fio (f L ) 3. Retardo do sinal na Interligação (τ L ) 4. Largura de Banda da Interligação BW L = Γ L * N L * f L Γ L < 1 Representa da razão informação líquida VS. Informação total recebida (Controle + Dados) PSI2613_A02-4

Retardo do sinal na Interligação (τ L ) 4.

5 Características da Comunicação Funcional em Sistemas Eletrônicos 1. Comunicações ponto a ponto internas Deseja-se máxima comunicação entre células vizinhas As larguras de Banda podem ser diferentes nos diversos nós 2. Comunicações ponto a ponto Externa Interna Limitada pela largura de Banda do nó raiz da interconexão 3. Comunicações Globais Internas Geram-se retardos uniformes 4. Comunicações Globais Externas Internas Geram-se retardos constantes PSI2613_A02-5

6 Parâmetros Físicos que Afetam as Interconexões Elétricas 1. Dissipação de Potência 2. Taxa de Trabalho 3. Retardos Temporais 4. Produto Retardo - Potência 5. Densidade 6. Área PSI2613_A02-6

7 Parâmetros Elétricos Básicos das Interconexões Elétricas R int = ρ int W int 1 H int C int W = ε ox t int ox R C = ρ ε ox t int int int ox 1 H int PSI2613_A02-7

8 Encapsulamento do Chip PSI2613_A02-8

9 Encapsulamento do Chip (usando leadframe) PSI2613_A02-9

10 Técnicas de Encapsulamento de Chips O Encapsulamento do Die no Chip constitui-se pelos seguintes processos: Corte da Lâmina Colocação do Die Colagem do Die Encapsulamento propriamente dito PSI2613_A02-10

11 Encapsulamento de Chips PSI2613_A02-11

12 As Lâminas de Silício PSI2613_A02-12

13 Técnicas de Corte de Lâminas de Silício 1.Corte com LASER de CO 2 2.Corte Mecânico usando serras Um disco abrasivo de diamante girando entre 30K 60K RPM realiza o corte, sobre fitas adesivas de PVC PSI2613_A02-13

14 MÉTODOS PRINCIPAIS Com solda Eutética Através de Vidro Através de Vidro + Prata Com Solda Com Polímeros Die Attach Uma máquina de Die Attach ou Die Bonder constitui-se por: Sistema de manejo de molduras Um módulo de Pick-up and Place Sistema de Dispensing Equipamento para Die Attach PSI2613_A02-14

Bonder constitui-se por: Sistema de manejo de molduras Um módulo de

15 Colocação de Dies A colocação de Dies segue os seguintes passos, comandados pelo sistema de Pick and Place : Reconhecimento do substrato usando marcas fiduciais, locais ou Globais Recolhimento do Die de forma individual ou conjunta Imageamento e correção de ângulo Theta Posicionamento do Die PSI2613_A02-15

fiduciais, locais ou Globais Recolhimento do Die de forma individual ou

16 Considerações Importantes Na evaluação de um processo de Die Attach, é importante levar em conta fatores que podem impactar o desempenho do processo e a qualidade final do produto, como: Precisão: A precisão do Die Attach é muito importante já que permite a diminuição do tamanho global do encapsulamento. Dies Pequenos: A capacidade de pegar e posicionar pequenos Dies ( < 0,2 mm) é um problema complicado já que requer sistemas ópticos sofisticados para a realização da operação. Materiais Frageis: Materiais, como arseneto de galio (GaAs), podem ser difíceis de manusear devido a sua composição frágil. Tolerâncias nos Substratos: Manuseio de diversos tipos de substratos com diversas tolerâncias obrigam a usar sistemas de Placement muito sofisticados, encarecendo o produto. Controle do Dispensing de cola ou solda: No caso de Dies pequenos o controle do posicionamento e volume de cola é crítico. PSI2613_A02-16

Dies Pequenos: A capacidade de pegar e posicionar pequenos Dies ( < 0,2 mm) é um problema complicado já que requer sistemas ópticos sofisticados para a realização da operação.

17 Método da Colagem ou Solda Eutética Solda Eutética: Die attach Eutético : Com este método não é necessário colocar nenhum adesivo no substrato. Isto é feito aquecendo a metalização do substrato, que colocada na metalização da parte inferior do Die formando uma cola intermetálica. A Colocação usando Solda Eutética permite: Ser usado em aplicações Militares e aero-espaciais Ser usado em sistemas MCM de multi-camadas Cerâmicos Usa a liga mais popular: Au-Si PSI2613_A02-17

Isto é feito aquecendo a metalização do substrato, que colocada na metalização da parte inferior do Die formando uma

18 Uso de Pré-formas Uso de pré-formas (A u -2S i ) para poupar A u Utiliza-se uma pré-forma que encontra-se perto da composição eutêtica A solda realiza-se de forma mais rápida A difusão do Si é menor A soldagem desta forma exige camadas de Au de somente 10 nm PSI2613_A02-18

eutêtica A solda realiza-se de forma mais rápida A difusão do Si é

19 Outras Colagens de Dies Colagem usando vidro Muitos encapsulamentos Cerâmicos usam vidro e não metalizações que são mais caras O vidro pode ser fundido a temperaturas maiores que 500 o C e o DIE colocado Alguns tipos de vidro tem coeficientes de expansão térmica similares ao silício É possível também a chamada Colagem anôdica Si-Vidro Colagem usando vidro-prata Método de baixo custo O sistema é de uma pasta de 81% de Ag carregado com vidro numa matriz orgânica Usa-se Dipping ou serigrafia para a deposição Coloca-se o die a T amb 375 oc no ar PSI2613_A02-19

silício É possível também a chamada Colagem anôdica Si-Vidro Colagem usando vidro-prata Método de baixo custo O sistema é de uma pasta de 81%

20 Colocação de Dies Usando Polímeros Este processo é muito usado atualmente devido ao desempenho dos materiais usados desde o ponto de vista de parâmetros do processo como tempo de Cura, tempo de ciclo e qualidade geral. Se usam para encapsulamentos do tipo: BGAs, quad flat packs (QFPs), plastic leaded chip carriers (PLCCs) e SOICs. Método de baixo custo Usam-se Poliimidas com Ag e Epoxies As temperaturas de cura são de aprox. 100 o C no ar Usa-se Dipping ou serigrafia para a deposição Em altas temperaturas estes materiais degradam-se Em ambientes úmidos estes materiais degradam-se PSI2613_A02-20

Se usam para encapsulamentos do tipo: BGAs, quad flat packs (QFPs), plastic leaded chip carriers (PLCCs) e SOICs.

21 Colocação de Dies Usando Solda Die Attach com solda Soft : É um processo eutético onde se introduz a solda para obter a colagem Utiliza-se solda tipo SOFT 95 Pb- 5 Sn A solda é introduzida através de pré-formas ou usando dispensing automático. É necessária uma camada de adesão O processo requer uma rampa de aquecimento e desaquecimento muito maior que a colagem eutêtica sem solda, porem a solda deve ser realizada rapidamente para não ultrapassar os limites de potência máximos do Die. Deve ser usada atmosfera redutora para evitar oxidação nas molduras. Componentes fabricados com este método são usados em aplicações automotivas e dispositivos de alta potência. PSI2613_A02-21

22 Problemas Associados ao Die Attach Problemas de Die Cracks ou rompimento da pastilha PSI2613_A02-22

23 Problemas na Colocação do Adesivo PSI2613_A02-23

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