عبوة أشباه الموصلات

عبوة أشباه الموصلات عبارة عن غلاف معدني أو بلاستيكي أو زجاجي أو خزفي يحتوي على جهاز أو أكثر من أجهزة أشباه الموصلات المنفصلة أو الدوائر المتكاملة . تُصنع المكونات الفردية على رقائق أشباه الموصلات (عادةً السيليكون ) قبل تقطيعها إلى شرائح ، ثم اختبارها وتغليفها. توفر العبوة وسيلة لتوصيل الجهاز بالبيئة الخارجية، مثل لوحة الدوائر المطبوعة ، عبر أطراف توصيل مثل النتوءات أو الكرات أو الدبابيس؛ كما توفر الحماية من المخاطر مثل الصدمات الميكانيكية والتلوث الكيميائي والتعرض للضوء. بالإضافة إلى ذلك، تساعد العبوة على تبديد الحرارة الناتجة عن الجهاز، سواءً باستخدام موزع حراري أو بدونه . هناك آلاف الأنواع من العبوات قيد الاستخدام. بعضها مُحدد بمعايير دولية أو وطنية أو صناعية، بينما البعض الآخر خاص بشركة مصنعة معينة.

قد تحتوي عبوة أشباه الموصلات على طرفين أو موصلين فقط لأجهزة مثل الثنائيات، أو قد تحتوي على آلاف التوصيلات في حالة المعالجات الدقيقة المتقدمة . ويمكن تثبيت العبوات الصغيرة جدًا بواسطة أسلاكها فقط. أما الأجهزة الأكبر حجمًا، والمخصصة لتطبيقات الطاقة العالية، فتُركّب في مشتتات حرارية مصممة بعناية لتبديد مئات أو آلاف الواط من الحرارة المهدرة .

إضافةً إلى توفير التوصيلات لأشباه الموصلات ومعالجة الحرارة المهدرة، يجب أن يحمي غلاف أشباه الموصلات الشريحة من البيئة المحيطة، وخاصةً من تسرب الرطوبة. قد تؤدي الجسيمات المتناثرة أو نواتج التآكل داخل الغلاف إلى تدهور أداء الجهاز أو تعطلّه. ^{[ 1 ]} لا يسمح الغلاف المحكم بتبادل الغازات مع المحيط الخارجي؛ ويتطلب هذا النوع من التصميم استخدام أغلفة زجاجية أو خزفية أو معدنية.

لربط الدائرة المتكاملة بأطراف العبوة، تُستخدم وصلات سلكية ، حيث تُوصل أسلاك دقيقة من أطراف العبوة وتُلصق بنقاط توصيل على رقاقة أشباه الموصلات. على السطح الخارجي للعبوة، يمكن لحام الأسلاك بلوحة الدوائر المطبوعة أو استخدامها لتثبيت الجهاز على شريط توصيل. تُغني أجهزة التثبيت السطحي الحديثة عن معظم الثقوب المحفورة في لوحات الدوائر، وتحتوي على أطراف أو نقاط توصيل معدنية قصيرة على العبوة يمكن تثبيتها باللحام بالتدفق الحراري. قد تستخدم أجهزة الفضاء الجوي ذات العبوات المسطحة أطرافًا معدنية مسطحة مثبتة بلوحة الدوائر عن طريق اللحام النقطي ، على الرغم من أن هذا النوع من التركيب غير شائع حاليًا.

كانت أجهزة أشباه الموصلات المبكرة تُركّب غالبًا في قواعد، مثل الصمامات المفرغة . ومع تطور الأجهزة، لم تعد القواعد ضرورية لضمان الموثوقية، فأصبحت الأجهزة تُلحم مباشرةً بلوحات الدوائر المطبوعة. ويجب أن تتحمل العبوة تدرجات الحرارة العالية الناتجة عن اللحام دون إجهاد رقاقة أشباه الموصلات أو أطرافها.

لا تزال المقابس تُستخدم في التطبيقات التجريبية، أو النماذج الأولية، أو التعليمية، ولاختبار الأجهزة، وللرقائق عالية القيمة مثل المعالجات الدقيقة حيث يكون استبدالها أكثر اقتصادية من التخلص من المنتج، وللتطبيقات التي تحتوي فيها الرقاقة على برامج ثابتة أو بيانات فريدة قد يتم استبدالها أو تحديثها خلال عمر المنتج. يمكن إدخال الأجهزة ذات المئات من الأطراف في مقابس لا تتطلب قوة إدخال ، والتي تُستخدم أيضًا في معدات الاختبار أو مبرمجات الأجهزة.

Many devices are molded out of an epoxy plastic that provides adequate protection of the semiconductor devices, and mechanical strength to support the leads and handling of the package. The plastic can be cresol-novolaks, siloxane polyimide, polyxylylene, silicones, polyepoxides and bisbenzocyclo-butene.^[4] Some devices, intended for high-reliability or aerospace or radiation environments, use ceramic packages, with metal lids that are brazed on after assembly, or a glass frit seal. All-metal packages are often used with high power (several watts or more) devices, since they conduct heat well and allow for easy assembly to a heat sink. Often the package forms one contact for the semiconductor device. Lead materials must be chosen with a thermal coefficient of expansion to match the package material. Glass may be used in the package as the package substrate to reduce its thermal expansion and increase its stiffness, which reduce warping and facilitate mounting of the package to a PCB.^[5][6]

A very few early semiconductors were packed in miniature evacuated glass envelopes, like flashlight bulbs; such expensive packaging was made obsolete when surface passivation and improved manufacturing techniques were available.^[1] Glass packages are still commonly used with diodes, and glass seals are used in metal transistor packages.

Package materials for high-density dynamic memory must be selected for low background radiation; a single alpha particle emitted by package material can cause a single event upset and transient memory errors (soft errors).

Spaceflight and military applications traditionally used hermetically packaged microcircuits (HPMs). However, most modern integrated circuits are only available as plastic encapsulated microcircuits (PEMs). Proper fabrication practices using properly qualified PEMs can be used for spaceflight.^[7]

Multiple semiconductor dies and discrete components can be assembled on a ceramic substrate and interconnected with wire bonds. The substrate bears leads for connection to an external circuit, and the whole is covered with a welded or frit cover. Such devices are used when requirements exceed the performance (heat dissipation, noise, voltage rating, leakage current, or other properties) available in a single-die integrated circuit, or for mixing analog and digital functions in the same package. Such packages are relatively expensive to manufacture, but provide most of the other benefits of integrated circuits.

من الأمثلة الحديثة على حزم الدوائر المتكاملة متعددة الرقائق بعض نماذج المعالجات الدقيقة، التي قد تتضمن رقائق منفصلة لوظائف مثل ذاكرة التخزين المؤقت ضمن نفس الحزمة. في تقنية تُسمى " الرقاقة المقلوبة" ، تُقلب رقائق الدوائر المتكاملة الرقمية وتُلحم على حامل وحدة، لتجميعها في أنظمة كبيرة. ^{[ 8 ]} وقد طبقت شركة IBM هذه التقنية في حواسيبها من طراز System/360 . ^{[ 9 ]}

قد تتضمن أغلفة أشباه الموصلات ميزات خاصة. يجب أن تحتوي الأجهزة الباعثة للضوء أو الحساسة له على نافذة شفافة في الغلاف؛ أما الأجهزة الأخرى، مثل الترانزستورات، فقد تتأثر بالضوء المتناثر وتتطلب غلافًا معتمًا. ^{[ 1 ]} يحتاج جهاز ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة والمسح بالأشعة فوق البنفسجية إلى نافذة كوارتز للسماح للأشعة فوق البنفسجية بالدخول ومسح الذاكرة. تتطلب الدوائر المتكاملة الحساسة للضغط منفذًا على الغلاف يمكن توصيله بمصدر ضغط غاز أو سائل.

تُصمَّم أغلفة أجهزة ترددات الميكروويف بحيث تحتوي على أقل قدر من الحث والسعة الطفيلية في أطرافها. تتطلب الأجهزة ذات المعاوقة العالية جدًا والتيار التسريبي المنخفض للغاية أغلفة تمنع مرور التيار الشارد ، وقد تحتوي أيضًا على حلقات حماية حول أطراف الإدخال. تتضمن أجهزة مكبرات العزل الخاصة حواجز عازلة عالية الجهد بين الإدخال والإخراج، مما يسمح بالتوصيل بدوائر تعمل بجهد 1 كيلو فولت أو أكثر.

استخدمت الترانزستورات الأولى ذات التلامس النقطي عبوات معدنية على شكل خرطوشة بفتحة تسمح بضبط الشعيرة المستخدمة للتلامس مع بلورة الجرمانيوم ؛ وكانت هذه الأجهزة شائعة لفترة وجيزة فقط حيث تم تطوير أنواع أكثر موثوقية وأقل استهلاكًا للعمالة. ^{[ 1 ]}

تمامًا مثل أنابيب التفريغ ، قد يتم تحديد معايير حزم أشباه الموصلات من قبل جمعيات صناعية وطنية أو دولية مثل JEDEC أو Pro Electron أو EIAJ ، أو قد تكون خاصة بشركة مصنعة واحدة.

• 
  مجموعة متنوعة من المكونات المنفصلة ذات الثقوب
• 
  معالج دقيق في حزمة سيراميكية مزدوجة الخط مع 48 طرفًا.
• 
  رقاقة سيليكون؛ الأجهزة الفردية ( VLSI في مربعات) غير قابلة للاستخدام حتى يتم تقطيعها وتوصيلها بالأسلاك وتغليفها.
• 
  عبوة بلاستيكية مزدوجة الخطوط تحتوي على دائرة متكاملة تناظرية. يمكن تركيبها في مقبس أو لحامها مباشرة على لوحة دوائر مطبوعة.
• 
  ثايرستور منخفض التيار وجهاز عالي الطاقة، مع مسمار ملولب للتثبيت على مشتت حراري، وسلك مرن؛ تستخدم هذه العبوات للأجهزة المصنفة لمئات الأمبيرات.

• حامل الشريحة
• التغليف المتقدم (أشباه الموصلات)
• مركب الذهب والألومنيوم بين الفلزات ( الطاعون الأرجواني )
• تغليف الدوائر المتكاملة
• قائمة بأبعاد عبوات الدوائر المتكاملة
• تقنية المنطق الصلب من آي بي إم
• تقنية التركيب السطحي
• تقنية الثقوب النافذة

• متحف الترانزستور - صور للأجهزة التاريخية
• أرشيف مخططات ترانزستورات JEDEC