A chip, encapsulado y placa de circuito impreso Existen tres niveles distintos en un conjunto electrónico. El chip desempeña la función eléctrica, el encapsulado protege el chip y adapta sus conexiones, de tamaño muy reducido, a la huella del conjunto, y la placa de circuito impreso (PCB) distribuye la alimentación, las señales y las conexiones a tierra entre los dispositivos encapsulados. Considerar estos elementos como componentes intercambiables da lugar a problemas de última hora relacionados con la huella, la disipación térmica o la fabricabilidad.
Chip, encapsulado y placa de circuito impreso: qué función tiene cada uno
Un chip de circuito integrado (IC) Se fabrica en un chip semiconductor. Contiene los transistores y otros elementos del circuito que realizan funciones lógicas, de procesamiento, de gestión de la energía u otras funciones específicas. El chip es el núcleo funcional, pero normalmente no está conectado directamente a una placa de circuito impreso convencional.
Un Caja de circuito integrado Proporciona protección mecánica, protección frente a las condiciones ambientales, conexión eléctrica y una vía térmica práctica. Además, transforma los puntos de unión de paso fino del chip en pines externos, conductores, almohadillas o bolas de soldadura que el proceso de montaje puede colocar y soldar de forma fiable.
A placa de circuito impreso (PCB) es la plataforma de interconexión. Sus capas de cobre conducen las señales entre el encapsulado y otros componentes, mientras que los planos y las vías distribuyen la alimentación y la masa. La placa de circuito impreso (PCB) también debe soportar la huella del encapsulado, los espacios libres de montaje, la inspeccionabilidad y la carga térmica prevista.
| Nivel | Trabajo principal | Lo que debe definir el equipo del proyecto |
|---|---|---|
| chip de circuito integrado | Desempeña la función del circuito en el interior del semiconductor | Funcionamiento, límites eléctricos, generación de calor y requisitos de conexión a nivel de chip |
| Paquete | Protege el chip y proporciona una interfaz eléctrica que permite el montaje | Familia de encapsulados y plano, disposición de pines, patrón de contactos, ruta térmica, MSL y requisitos de manipulación |
| PCB | Conecta los dispositivos empaquetados y proporciona soporte mecánico | Apilamiento, trazado y espaciado, estructura de vías, impedancia, diseño térmico, huella y acceso para pruebas |
Cómo conecta el encapsulado un chip a la placa de circuito impreso
En el interior del encapsulado, unas conexiones por hilo o unas interconexiones de tipo «flip-chip» unen el chip a un sustrato interno o a una estructura de conductores. Esas conexiones se dirigen hacia los puntos de soldadura externos del encapsulado. A continuación, la placa de circuito impreso (PCB) utiliza su propia estructura de cobre y vías para transmitir las señales a los conectores, los componentes pasivos y otros circuitos integrados.
Por lo tanto, el encapsulado se sitúa entre dos escalas de conexión. Sus características en el lado del chip son extremadamente finas, mientras que su paso en el lado de la placa es lo suficientemente amplio como para permitir la impresión con plantilla, la colocación y el reflujo. La huella en la placa debe tomarse del plano homologado del encapsulado, en lugar de copiarse de una biblioteca de terceros no verificada.
Las cuatro funciones principales de un encapsulado de circuito integrado
1. Conexión mecánica y eléctrica
Los terminales, las clavijas, las almohadillas o las bolas de soldadura establecen una interfaz repetible con la placa de circuito impreso. Los materiales del encapsulado y los acabados de los terminales también influyen en la soldadura, la fiabilidad y el proceso de montaje permitido.
2. Protección física
La carcasa del paquete protege el frágil chip y sus interconexiones internas frente a partículas, daños por manipulación, contaminación y tensiones mecánicas. El nivel de protección necesario depende del entorno del producto y del proceso de montaje.
3. Transferencia de calor
Los paquetes crean una ruta térmica desde el chip hasta la placa, un disipador térmico, una almohadilla térmica o el aire circundante. Las almohadillas expuestas y las vías térmicas pueden ayudar a conducir el calor hacia la placa de circuito impreso, pero es necesario evaluar conjuntamente la superficie de cobre, la ubicación de las vías, los huecos de soldadura y la disposición de la carcasa.
4. Protección del medio ambiente
Los compuestos de moldeo, las tapas, el relleno y otros materiales de encapsulado ayudan a proteger el chip de la humedad y la contaminación. Es necesario confirmar los límites de sensibilidad a la humedad, almacenamiento, secado y reflujo antes de que los componentes pasen a la fase de montaje.
Cómo influye la elección del encapsulado en el diseño y el montaje de las placas de circuito impreso
La familia de encapsulados influye en mucho más que el espacio ocupado. Un QFN puede requerir el control de la almohadilla térmica y de los huecos de soldadura; un BGA puede requerir decisiones sobre la disposición de las vías en la almohadilla o la configuración «dog-bone», inspección por rayos X y un control minucioso de la deformación; un encapsulado de paso fino puede requerir aberturas de plantilla más estrechas y una mayor precisión en la colocación. Se trata de decisiones específicas de cada proyecto, no de reglas genéricas aplicables a todos los paquetes.
Antes del lanzamiento, comprueba el plano del paquete, el patrón de contactos, la numeración de pines, la capa de pasta, el patio, las zonas prohibidas, los designadores de referencia, la altura de los componentes y la polaridad. Comprueba también el grosor de la plantilla, los datos de colocación, el perfil de reflujo, el método de inspección y el acceso para la reparación. Compara las huellas del paquete y de la placa de circuito impreso con la revisión actual del fabricante, en lugar de basarte únicamente en el nombre de la biblioteca CAD.
En el caso de sustratos a nivel de paquete con líneas finas, capas de acumulación o microvías densas, revisa el proceso por separado mediante Requisitos para la fabricación de placas de circuito impreso con sustrato de circuitos integrados. Cuando el trazado convencional de placas requiere microvías o una distribución de alta densidad alrededor del encapsulado, compara el Guía para la fabricación de placas de circuito impreso de alta densidad (HDI).
Información que hay que comprobar antes de la fabricación y el montaje de placas de circuito impreso
- La revisión aprobada de la placa de circuito impreso, la estructura de capas, los archivos Gerber y los datos de taladrado coinciden entre sí.
- Las dimensiones de cada encapsulado se ajustan a la ficha técnica y al esquema del encapsulado actuales.
- Los planos de montaje indican la polaridad, la orientación, la distancia libre de la boquilla y las zonas prohibidas.
- La lista de materiales (BOM), las piezas homologadas del fabricante y las alternativas homologadas están completas.
- El diseño térmico se ajusta a la potencia del paquete, la superficie de cobre, la disposición de las vías y las condiciones de la carcasa.
- El plan de inspección y ensayo abarca las uniones soldadas, las almohadillas térmicas y los riesgos específicos de cada encapsulado.
Para proyectos que incluyan fabricación, adquisición de componentes, montaje de componentes en superficie (SMT) y pruebas, utilice el Servicio integral de PCB y PCBA. Para solicitar una revisión técnica, envía los archivos de la placa de circuito impreso (PCB), la lista de materiales (BOM), los datos de colocación, el plano de montaje, la lista de paquetes, la cantidad y la fecha prevista a través de la Página de contacto de Benchuang. Las decisiones relativas a la fabricación y el montaje se confirman tras revisar la documentación completa del proyecto.
