حزمة أشباه الموصلات
 | تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . ( September 2011 ) |
الحزمة شبه الموصلة هي غلاف معدني أو بلاستيكي أو زجاجي أو سيراميكي يحتوي على جهاز أو أكثر من أجهزة أشباه الموصلات المنفصلة أو الدوائر المتكاملة . يتم تصنيع المكونات الفردية على رقائق أشباه الموصلات (عادةً السيليكون ) قبل تقطيعها إلى قوالب واختبارها وتعبئتها. توفر الحزمة وسيلة لتوصيلها بالبيئة الخارجية، مثل لوحة الدائرة المطبوعة ، عبر أسلاك مثل الأراضي أو الكرات أو الدبابيس؛ والحماية من التهديدات مثل التأثير الميكانيكي والتلوث الكيميائي والتعرض للضوء. بالإضافة إلى ذلك، فهي تساعد في تبديد الحرارة التي ينتجها الجهاز، مع أو بدون مساعدة من موزع الحرارة . هناك الآلاف من أنواع العبوات قيد الاستخدام. يتم تحديد بعضها وفقًا للمعايير الدولية أو الوطنية أو الصناعية، بينما البعض الآخر خاص بمصنع فردي.
وظائف الحزمة
قد تحتوي حزمة أشباه الموصلات على عدد قليل من الأسلاك أو جهات الاتصال لأجهزة مثل الثنائيات، أو في حالة المعالجات الدقيقة المتقدمة ، قد تحتوي الحزمة على عدة آلاف من الوصلات. قد يتم دعم الحزم الصغيرة جدًا فقط من خلال أسلاكها. يتم تثبيت الأجهزة الأكبر حجمًا، المخصصة للتطبيقات عالية الطاقة، في أحواض حرارية مصممة بعناية بحيث يمكنها تبديد مئات أو آلاف الواط من الحرارة المهدرة .
بالإضافة إلى توفير التوصيلات لأشباه الموصلات ومعالجة الحرارة المهدرة، يجب أن تحمي عبوة أشباه الموصلات "الشريحة" من البيئة، وخاصة دخول الرطوبة. قد تتسبب الجسيمات الضالة أو منتجات التآكل داخل العبوة في تدهور أداء الجهاز أو التسبب في فشله. [1] لا تسمح العبوة المحكمة بالتبادل الغازي مع البيئة المحيطة؛ يتطلب هذا البناء أغلفة زجاجية أو سيراميكية أو معدنية.
رمز التاريخ
عادةً ما يقوم المصنعون بطباعة شعار الشركة المصنعة ورقم القطعة على العبوة باستخدام الحبر أو علامات الليزر . وهذا يجعل من السهل التمييز بين العديد من الأجهزة المختلفة وغير المتوافقة المعبأة في أنواع قليلة نسبيًا من العبوات. غالبًا ما تتضمن العلامات رمز تاريخ مكون من 4 أرقام، وغالبًا ما يتم تمثيله على أنه YYWW حيث يتم استبدال YY بالرقمين الأخيرين من السنة التقويمية ويتم استبدال WW برقم الأسبوع المكون من رقمين ، [2] [3] عادةً ما يكون رقم الأسبوع ISO .
غالبًا ما تتضمن العبوات الصغيرة جدًا رمز تاريخ مكون من رقمين. يستخدم أحد رموز التاريخ المكونة من رقمين YW، حيث Y هو الرقم الأخير من السنة (من 0 إلى 9) ويبدأ W من 1 في بداية العام ويزداد كل 6 أسابيع (أي أن W من 1 إلى 9). [2] يستخدم رمز تاريخ آخر مكون من رقمين، رمز تاريخ إنتاج RKM ، YM، حيث Y هو أحد 20 حرفًا تتكرر في دورة كل 20 عامًا (على سبيل المثال، تم استخدام "M" لتمثيل 1980 و2000 و2020 وما إلى ذلك) ويشير M إلى شهر الإنتاج (1 إلى 9 يشير إلى يناير إلى سبتمبر، يشير O إلى أكتوبر، يشير N إلى نوفمبر، يشير D إلى ديسمبر).
العملاء المتوقعون
لإجراء اتصالات بين الدائرة المتكاملة وأسلاك العبوة، تُستخدم روابط الأسلاك ، حيث يتم توصيل أسلاك دقيقة من أسلاك العبوة وربطها بمنصات موصلة على قالب أشباه الموصلات. في الجزء الخارجي من العبوة، يمكن لحام أسلاك الأسلاك بلوحة دائرة مطبوعة أو استخدامها لتأمين الجهاز بشريط علامة. تتخلص أجهزة التركيب السطحي الحديثة من معظم الثقوب المثقوبة عبر لوحات الدوائر، وتحتوي على أسلاك معدنية قصيرة أو وسادات على العبوة يمكن تأمينها عن طريق لحام إعادة الصهر بالفرن. قد تستخدم أجهزة الطيران في عبوات مسطحة أسلاك معدنية مسطحة مثبتة بلوحة دائرة عن طريق اللحام النقطي ، على الرغم من أن هذا النوع من البناء غير شائع الآن.
المقابس
كانت الأجهزة شبه الموصلة المبكرة تُدخَل غالبًا في مقابس، مثل الصمامات المفرغة . ومع تحسن الأجهزة، ثبت في النهاية أن المقابس غير ضرورية لتحقيق الموثوقية، وتم لحام الأجهزة مباشرة بلوحات الدوائر المطبوعة. يجب أن تتحمل العبوة التدرجات العالية في درجات الحرارة الناتجة عن اللحام دون الضغط على قالب أشباه الموصلات أو أقطابها.
لا تزال المقابس تستخدم في التطبيقات التجريبية أو النماذج الأولية أو التعليمية، لاختبار الأجهزة، للشرائح عالية القيمة مثل المعالجات الدقيقة حيث يكون الاستبدال أكثر اقتصادا من التخلص من المنتج، وللتطبيقات حيث تحتوي الشريحة على برامج ثابتة أو بيانات فريدة يمكن استبدالها أو تحديثها أثناء عمر المنتج. يمكن إدخال الأجهزة التي تحتوي على مئات الأسلاك في مقابس بدون قوة إدخال ، والتي تستخدم أيضًا في معدات الاختبار أو مبرمجي الأجهزة.
مواد التعبئة والتغليف
تُصنع العديد من الأجهزة من بلاستيك إيبوكسي يوفر الحماية الكافية للأجهزة شبه الموصلة، والقوة الميكانيكية لدعم الأسلاك والتعامل مع العبوة. يمكن أن يكون البلاستيك عبارة عن كريسول -نوفولاكس، أو بولي إيميد سيلوكسان، أو بولي إكسيليلين، أو سيليكونات، أو بولي إيبوكسيدات، أو بيسبنوزيكلو-بيوتين. [ 4] تستخدم بعض الأجهزة المخصصة للبيئات عالية الموثوقية أو الفضائية أو الإشعاعية عبوات سيراميكية، مع أغطية معدنية يتم لحامها بعد التجميع، أو ختم زجاجي. غالبًا ما تُستخدم العبوات المعدنية بالكامل مع الأجهزة عالية الطاقة (عدة واط أو أكثر)، لأنها توصل الحرارة جيدًا وتسمح بالتجميع السهل لمشتت الحرارة. غالبًا ما تشكل العبوة جهة اتصال واحدة لجهاز أشباه الموصلات. يجب اختيار مواد الرصاص بمعامل تمدد حراري يتناسب مع مادة العبوة. يمكن استخدام الزجاج في العبوة كركيزة للعبوة لتقليل تمددها الحراري وزيادة صلابتها، مما يقلل من الانحناء ويسهل تركيب العبوة على لوحة الدوائر المطبوعة. [5] [6]
تم تعبئة عدد قليل جدًا من أشباه الموصلات المبكرة في أغلفة زجاجية مفرغة صغيرة الحجم، مثل مصابيح المصباح اليدوي؛ أصبحت هذه التغليفات باهظة الثمن عتيقة عندما أصبحت عملية التخميد السطحي وتقنيات التصنيع المحسنة متاحة. [1] لا تزال العبوات الزجاجية تُستخدم بشكل شائع مع الثنائيات ، وتُستخدم الأختام الزجاجية في عبوات الترانزستورات المعدنية.
يجب اختيار مواد التغليف للذاكرة الديناميكية عالية الكثافة لإشعاع الخلفية المنخفض؛ حيث يمكن لجسيم ألفا واحد ينبعث من مادة التغليف أن يتسبب في اضطراب حدث واحد وأخطاء ذاكرة مؤقتة ( أخطاء ناعمة ).
تستخدم رحلات الفضاء والتطبيقات العسكرية تقليديًا الدوائر الدقيقة المعبأة بإحكام (HPMs). ومع ذلك، فإن معظم الدوائر المتكاملة الحديثة متوفرة فقط كدوائر دقيقة مغلفة بالبلاستيك (PEMs). يمكن استخدام ممارسات التصنيع المناسبة باستخدام الدوائر الدقيقة المغلفة بالبلاستيك المؤهلة بشكل صحيح في رحلات الفضاء. [7]
الدوائر المتكاملة الهجينة
يمكن تجميع عدة قوالب أشباه موصلات ومكونات منفصلة على ركيزة سيراميكية وربطها ببعضها البعض باستخدام روابط سلكية. تحمل الركيزة أسلاك توصيل للتوصيل بدائرة خارجية، ويتم تغطية الكل بغطاء ملحوم أو من الفريت. تُستخدم مثل هذه الأجهزة عندما تتجاوز المتطلبات الأداء (تبديد الحرارة، والضوضاء، وتصنيف الجهد، وتيار التسرب، أو خصائص أخرى) المتاحة في دائرة متكاملة ذات قالب واحد، أو لخلط الوظائف التناظرية والرقمية في نفس العبوة. تعد مثل هذه العبوات باهظة الثمن نسبيًا في التصنيع، ولكنها توفر معظم الفوائد الأخرى للدوائر المتكاملة.
من الأمثلة الحديثة على حزم الدوائر المتكاملة متعددة الرقائق نماذج معينة من المعالجات الدقيقة، والتي قد تتضمن قوالب منفصلة لأشياء مثل ذاكرة التخزين المؤقت داخل نفس الحزمة. في تقنية تسمى الشريحة المقلوبة ، يتم قلب قوالب الدوائر المتكاملة الرقمية ولحامها بحامل وحدة، للتجميع في أنظمة كبيرة. [8] تم تطبيق هذه التقنية بواسطة IBM في أجهزة الكمبيوتر System/360 الخاصة بهم . [9]
عروض خاصة
قد تتضمن عبوات أشباه الموصلات ميزات خاصة. يجب أن تحتوي الأجهزة الباعثة للضوء أو المستشعرة للضوء على نافذة شفافة في العبوة؛ قد تتأثر الأجهزة الأخرى مثل الترانزستورات بالضوء الضال وتتطلب عبوة معتمة. [1] يحتاج جهاز ذاكرة القراءة فقط القابل للبرمجة والمسح بالأشعة فوق البنفسجية إلى نافذة كوارتز للسماح للضوء فوق البنفسجي بالدخول ومسح الذاكرة. تتطلب الدوائر المتكاملة المستشعرة للضغط منفذًا على العبوة يمكن توصيله بمصدر ضغط غاز أو سائل.
يتم ترتيب حزم أجهزة ترددات الميكروويف بحيث تحتوي على الحد الأدنى من المحاثة الطفيلية والسعة في أسلاكها. تتطلب الأجهزة ذات المقاومة العالية جدًا والتيار المتسرب المنخفض للغاية حزمًا لا تسمح بتدفق التيار الضال ، وقد تحتوي أيضًا على حلقات حماية حول أطراف الإدخال. تتضمن أجهزة مكبر العزل الخاصة حواجز عازلة عالية الجهد بين الإدخال والإخراج، مما يسمح بالاتصال بالدوائر التي تعمل بجهد 1 كيلو فولت أو أكثر.
استخدمت أول ترانزستورات نقطة الاتصال عبوات معدنية على شكل خرطوشة بفتحة تسمح بتعديل الشعيرة المستخدمة للاتصال ببلورة الجرمانيوم ؛ كانت مثل هذه الأجهزة شائعة لفترة وجيزة فقط منذ تطوير أنواع أكثر موثوقية وأقل كثافة في العمل. [1]
المعايير
تمامًا مثل الأنابيب المفرغة ، قد يتم تحديد معايير حزم أشباه الموصلات من قبل الجمعيات الصناعية الوطنية أو الدولية مثل JEDEC ، أو Pro Electron ، أو EIAJ ، أو قد تكون مملوكة لشركة مصنعة واحدة.
-
مجموعة متنوعة من المكونات المنفصلة ذات الثقب -
معالج دقيق في حزمة سيراميكية مزدوجة الخط تحتوي على 48 دبوسًا. -
رقاقة السيليكون؛ لا يمكن استخدام الأجهزة الفردية ( VLSI في المربعات) إلا بعد تقطيعها إلى مكعبات وربطها بالأسلاك وتعبئتها -
حزمة بلاستيكية مزدوجة الخط تحتوي على دائرة متكاملة تناظرية. ويمكن تركيبها في مقبس أو لحامها مباشرة بلوحة دائرة مطبوعة. -
الثايرستور ذو التيار المنخفض والجهاز ذو القدرة العالية، مع مسمار ملولب للتوصيل بمبدد الحرارة، وكابل مرن؛ وتستخدم مثل هذه الحزم للأجهزة المقدرة بمئات الأمبير.
انظر أيضا
- حاملة الشريحة
- التغليف المتقدم (أشباه الموصلات)
- خليط معدني من الذهب والألومنيوم ( طاعون أرجواني )
- تغليف الدوائر المتكاملة
- قائمة أبعاد حزمة الدائرة المتكاملة
- تقنية IBM Solid Logic
- تقنية التركيب السطحي
- تقنية الثقب من خلال الفتحة
مراجع
- ^ abcd Lloyd P.Hunter (محرر)، Handbook of Semiconductor Electronics ، McGraw Hill، 1956، كتالوج مكتبة الكونجرس 56-6869، لا يوجد رقم ISBN للفصل 9
- ^ ab "الجودة والخالية من الرصاص (الخالية من الرصاص): اتفاقية وضع العلامات". Texas Instruments. مؤرشف من الأصل في 2015-10-04 . تم الاسترجاع في 6 أغسطس 2015 .
- ^ متحف الآلات الحاسبة القديمة على شبكة الإنترنت: الأسئلة الشائعة: "رموز التاريخ على المكونات الإلكترونية ولوحات الدوائر". تم الاسترجاع في 2020-04-23.
- ^ "Encapsulant - نظرة عامة | مواضيع ScienceDirect".
- ^ https://www.eetimes.com/intel-bets-on-glass-for-chip-substrate/ [ عنوان URL العاري ]
- ^ Delmdahl, Ralph & Paetzel, Rainer. (2014). حفر الليزر للفتحات الزجاجية عالية الكثافة (TGVs) للتغليف ثنائي الأبعاد وثلاثي الأبعاد. مجلة جمعية الإلكترونيات الدقيقة والتغليف. 21. 53-57. 10.6117/kmeps.2014.21.2.053.
- ^ رونالد ك. بوريك، ملخص فني من مختبرات الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز. "مسجلات البيانات ذات الحالة الصلبة NEAR". 1998. تم الاسترجاع في 6 أغسطس 2015.
- ^ كيان بيناسور، Nature.com. "رقاقة قلابة ميكانيكية لأجهزة ذات قدرة فائقة على الحركة الإلكترونية". 22 سبتمبر 2015. 23 أبريل 2015.
- ^ مايكل بيشت (محرر) إرشادات تصميم حزمة الدوائر المتكاملة والهجينة ومتعددة الشرائح: التركيز على الموثوقية ، وايلي-معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات، 1994 ISBN 0-471-59446-6 ، الصفحة 183
روابط خارجية
- متحف الترانزستور - صور للأجهزة التاريخية
- أرشيف مخططات الترانزستورات JEDEC
