A Chip, Gehäuse und Leiterplatte Es gibt drei verschiedene Ebenen einer elektronischen Baugruppe. Der Chip erfüllt die elektrische Funktion, das Gehäuse schützt den Chip und passt dessen sehr kleine Anschlüsse an die Baugruppenfläche an, und die Leiterplatte leitet Strom, Signale und Masseverbindungen zwischen den verpackten Bauteilen weiter. Werden diese als austauschbare Komponenten behandelt, führt dies zu Problemen hinsichtlich der Baugruppenfläche, der Wärmeableitung oder der Herstellbarkeit in einer späten Entwicklungsphase.
Chip vs. Gehäuse vs. Leiterplatte: Welche Funktion hat jedes Bauteil?
Ein Chip mit integrierter Schaltung (IC) wird auf einem Halbleiterchip hergestellt. Er enthält die Transistoren und andere Schaltungselemente, die Logik-, Verarbeitungs-, Energiemanagement- oder andere definierte Funktionen ausführen. Der Chip ist der funktionale Kern, wird jedoch in der Regel nicht direkt mit einer herkömmlichen Leiterplatte verbunden.
Ein IC-Gehäuse bietet mechanischen Schutz, Umweltschutz, elektrische Anschlüsse und einen praktischen Wärmepfad. Außerdem wandelt es die Feinraster-Anschlusspunkte des Chips in externe Pins, Anschlüsse, Pads oder Lötkugeln um, die im Montageprozess zuverlässig platziert und verlötet werden können.
A Leiterplatte (PCB) ist die Verbindungsplattform. Ihre Kupferschichten leiten Signale zwischen dem Gehäuse und anderen Bauteilen weiter, während Ebenen und Durchkontaktierungen die Stromversorgung und die Masseverteilung gewährleisten. Die Leiterplatte muss zudem die Gehäusefläche, die Montageabstände, die Prüffähigkeit und die zu erwartende Wärmebelastung berücksichtigen.
| Stufe | Hauptberuf | Was das Projektteam festlegen muss |
|---|---|---|
| IC-Chip | Erfüllt die Schaltfunktion im Halbleiter | Funktion, elektrische Grenzwerte, Wärmeentwicklung und Anforderungen an die Anschlüsse auf Chip-Ebene |
| Paket | Schützt den Chip und bietet eine montierbare elektrische Schnittstelle | Gehäusefamilie und Zeichnung, Pinbelegung, Landmuster, Wärmeleitweg, MSL und Handhabungsanforderungen |
| PCB | Verbindet verpackte Geräte und dient als mechanische Stütze | Schichtfolge, Leiterbahnführung und Abstände, Via-Struktur, Impedanz, thermisches Design, Footprint und Testzugang |
Wie das Gehäuse einen Chip mit der Leiterplatte verbindet
Im Inneren des Gehäuses verbinden Drahtbrücken oder Flip-Chip-Verbindungen den Chip mit einem internen Substrat oder einem Leadframe. Diese Verbindungen werden zu den externen Lötanschlüssen des Gehäuses geführt. Die Leiterplatte nutzt dann ihre eigene Kupfer- und Durchkontaktierungsstruktur, um die Signale zu Steckverbindern, passiven Bauteilen und anderen ICs zu leiten.
Das Gehäuse liegt daher zwischen zwei Anschlussabständen. Seine Merkmale auf der Chipseite sind extrem fein, während der Abstand auf der Leiterplattenseite groß genug für den Schablonendruck, die Bestückung und den Reflow ist. Die Leiterplatten-Bauteilfläche sollte der qualifizierten Gehäusezeichnung entnommen werden und nicht aus einer ungeprüften Bibliothek eines Drittanbieters kopiert werden.
Die vier Hauptfunktionen eines IC-Gehäuses
1. Mechanischer und elektrischer Anschluss
Anschlüsse, Stifte, Kontaktflächen oder Lötkugeln bilden eine reproduzierbare Schnittstelle zur Leiterplatte. Die Materialien des Gehäuses und die Oberflächenbeschaffenheit der Anschlüsse beeinflussen zudem das Löten, die Zuverlässigkeit und das zulässige Bestückungsverfahren.
2. Physischer Schutz
Das Gehäuse schützt den empfindlichen Chip und seine internen Verbindungen vor Partikeln, Handhabungsschäden, Verunreinigungen und mechanischer Beanspruchung. Der erforderliche Schutzgrad hängt von der Produktumgebung und dem Montageprozess ab.
3. Wärmeübertragung
Gehäuse schaffen einen Wärmepfad vom Chip zur Leiterplatte, zu einem Wärmeverteiler, einem Wärmeleitpad oder zur Umgebungsluft. Freiliegende Pads und thermische Durchkontaktierungen können dazu beitragen, Wärme in die Leiterplatte abzuleiten, doch müssen die Kupferfläche, die Anordnung der Durchkontaktierungen, Lötporen und das Gehäuse-Layout gemeinsam bewertet werden.
4. Umweltschutz
Formmassen, Deckel, Unterfüllmaterial und andere Gehäusematerialien tragen dazu bei, den Chip vor Feuchtigkeit und Verunreinigungen zu schützen. Die Feuchtigkeitsempfindlichkeit sowie die Grenzwerte für Lagerung, Einbrennen und Reflow sollten überprüft werden, bevor die Bauteile zur Montage freigegeben werden.
Wie die Wahl des Gehäuses das Design und die Bestückung von Leiterplatten beeinflusst
Die Gehäusefamilie hat weitaus größere Auswirkungen als nur auf die Grundfläche. Bei einem QFN sind möglicherweise Maßnahmen zur Steuerung der Wärmeleitpads und zur Vermeidung von Lötporen erforderlich; bei einem BGA müssen Entscheidungen hinsichtlich „Via-in-Pad“- oder „Dog-Bone“-Fanout getroffen werden, zudem sind Röntgenprüfungen und eine sorgfältige Kontrolle der Verformung notwendig; bei einem Fine-Pitch-Gehäuse sind möglicherweise engere Schablonenöffnungen und eine höhere Bestückungsgenauigkeit erforderlich. Dies sind projektspezifische Entscheidungen und keine allgemeinen Regeln für jedes Gehäuse.
Überprüfen Sie vor der Freigabe die Gehäusezeichnung, das Landmuster, die Pin-Nummerierung, die Pastenschicht, den Innenhof, die Sperrbereiche, die Referenzbezeichnungen, die Bauteilhöhe und die Polarität. Überprüfen Sie außerdem die Schablonendicke, die Bestückungsdaten, das Reflow-Profil, die Prüfmethode und den Zugang für Nachbearbeitungen. Passen Sie die Gehäuse- und Leiterplatten-Footprints an die aktuelle Revision des Herstellers an, anstatt sich ausschließlich auf den Namen in der CAD-Bibliothek zu verlassen.
Bei Substraten auf Paketebene mit feinen Leiterbahnen, Aufbauschichten oder dichten Mikrovias sollten Sie den Prozess separat überprüfen, und zwar durch Anforderungen an die Herstellung von Leiterplatten mit IC-Substrat. Wenn bei herkömmlichen Leiterplattenlayouts Microvias oder ein Fanout mit hoher Dichte rund um das Gehäuse erforderlich sind, vergleichen Sie die Leitfaden zur Herstellung von HDI-Leiterplatten.
Informationen, die vor der Leiterplattenfertigung und -bestückung zu prüfen sind
- Die freigegebene Leiterplattenrevision, der Schichtplan, die Gerber-Dateien und die Bohrdaten stimmen miteinander überein.
- Die Abmessungen jedes Gehäuses entsprechen dem aktuellen Datenblatt und der Gehäusezeichnung.
- In den Montagezeichnungen sind Polarität, Ausrichtung, Düsenabstand und Sperrbereiche angegeben.
- Die Stückliste, die zugelassenen Herstellerteile und die zugelassenen Alternativen sind vollständig.
- Der thermische Entwurf steht im Einklang mit der Gehäuseleistung, der Kupferfläche, der Via-Anordnung und den Gehäusebedingungen.
- Der Prüf- und Testplan umfasst Lötstellen, Wärmeleitpads und gefahrenspezifische Risiken.
Für Projekte, die Fertigung, Beschaffung von Bauteilen, SMT und Test umfassen, verwenden Sie die Schlüsselfertiger Leiterplatten- und Bestückungsservice. Um eine technische Prüfung zu beantragen, senden Sie bitte die PCB-Dateien, die Stückliste, die Bestückungsdaten, die Montagezeichnung, die Verpackungsliste, die Stückzahl und den gewünschten Termin über die Benchuang-Kontaktseite. Entscheidungen bezüglich Fertigung und Montage werden nach Prüfung des konkreten Projektpakets bestätigt.
