התפקיד המשולב של Packaging in High-Performance ADCs

Analog-to-Digital Converters (ADCs) משמש גשר קריטי בין העולם האנלוגי לעיבוד דיגיטלי, המאפשר הכל ממכשור מדויק לתקשורת מהירה גבוהה. כמו מערכת דורש לדחוף לרזולוציה גבוהה יותר, שיעורי דגימה גדולים יותר, ותקציבי חשמל הדוקים יותר, החום שנוצר בתוך ADC מת הופך גורם מגביל.

אריזה מודרנית עושה הרבה יותר מאשר פשוט להגן על סיליקון למות.זה מספק את הנתיב העיקרי לחום לנוע מן הצומת אל הסביבה הממוקדת.חדשנות בחומרים, שיטות חיבור, ותמותה ערימה מופחתת התנגדות תרמית על ידי סדר גודל במקרים מסוימים, ומאפשר ADCs לפעול במהירויות גבוהות יותר ובתנאים קשים יותר. מאמר זה בוחן את המנגנונים הספציפיים על ידי אשר אריזה מתקדמת משפרת את הניתוק ואמינות, לבחון את הטכניקות מתקדמות, אשר לבחון את הטכניקות מתקדמות יותר, אשר מחפשות, ופות, ופותח, ופותח, וטכניקות מתקדמות יותר, אשר מחפשות, וטכניקות מתקדמות יותר.

יסודות ADC Thermal Dissipation

מקורות מבני דור החמימות

ADC מתפזר את הכוח בעיקר דרך הליבה האנלוגית שלו, מעגלי ההתייחסות ולוגיקה לעיבוד דיגיטלי.בצנרת מהירה או פלאש ADCs, הטעינה וניתוק של מעכבי הפנים עשרות מיליוני פעמים לשנייה מייצרת חום משמעותי.חום עצמי מעלה את הצומת מעל ambient, ועלייה זו היא פונקציה ישירה של ההתנגדות התרמית מן הצומת אל האוויר שמסביב - אפילו על ידי רמות איטיות יותר של 50 וואט, אם לא מספק יותר של טמפרטורה נמוכה יותר על ידי וואט, או יותר על ידי טמפרטורות גבוהות יותר על ידי אטמוספירה.

השפעה על ביצועי חשמל

הטמפרטורה משפיעה ישירות על מדד ADC.מתח הדבקה והשגת שגיאות סחף עם טמפרטורה, דהויג דיוק מוחלט.יחס אות-ל-אין (SNR) סובל כי רעש תרמי עולה, וביצוע דינמי - כגון טווח דינמי ללא נזיחה (SFDR) - יכול להיות degrade עקב אי התאמה תרמית ביחסי Capacitor ו transconductance.

אמינות מכניזם

טמפרטורת צומת מאולתרת מאיצה כמה מנגנונים כישלונות.אלקטרומיגציה באלומיניום או חיבורי נחושת מתקדמת באופן אקספוננציאלי עם טמפרטורה, צמצום חיי התפעול.עייפות משותפת מכרה תחת רכיבה תרמית הופכת חמורה יותר כאשר ההתרחבות התרמית למות-ל-חבילה היא גדולה. Dielectric התמוטטות בשער oxide עוקב אחר התמוטטות חשמלית תלויה בזמן (TDDB) כל 10C בטמפרטורות יעילות יחסית לטמפרטורה כפולה (אך ורק עבור תפקוד יעיל יותר) הוא יעיל יותר מאשר טיפול פסיכולוגי (PT) הוא יעיל יותר.

טכניקות מתקדמות לשיפור ניהול התרמום

Flip-Chip Packaging

באריזות של ספין-צ'יפ, הצד הפעיל של המוות הופך לפניות ומחוברת ישירות למצע השימוש בליטות המוכרות או עמודי נחושת.תצורה זו מבטלת את הצורך בחוטי האג"ח, אשר עצמם מוסיפים התנגדות תרמית וחסמים חסימים את נתיב החום מעמוד השדרה של ה-AJC/Rp המוחזקים ב-1.0 (בחבילה של ספין-צ'יפ-צ'יפ-צ'יפ, חום מהמות יכול לזרום ישירות דרך הבלטים לתוך תת-התמימין) לתוך תת-התיקים ולהפחית את ה-התיקים ל-התיקים עד ל-קמימין (RDC) בהשוואה ל-ק"ל-בצורה של 30%) ל-ק-בצורה (Ric) ל-ק-בצורה) בהשוואה ל-בצורה-בצורה של JCFD) ל-מחדשהתיקים-מחדשהמתג'י) ל-מחדשהמתקפה-בתוספת חום-בתוספת חום (Rp) ל-בתוספת חום (Rp) בהשוואה ל-בתוספת של CKD) ל-בתוספת של JCp) ל-בתוספת של JCp) ל-

3D אינטגרציה ודיקסינג

מחסנית תלת מימדית (3D) מחסנית מרובות מתה אנכית, המקשרת אותם עם מחסניות דרך (TSVs) או אג"ח היברידית. עבור ADCs, זה מאפשר את ה- אנלוגיה הקדמי למות, עיבוד דיגיטלי, וזיכרון להיות ערימה, באופן משמעותי להפחית את ה- 2D יעיל יותר, אך ערימה יוצרת נתיב חום ישיר יותר.

חומרים ממשקיים (TIM)

אפילו החבילה הטובה ביותר לא יכולה לתפקד כראוי אם הנתיב התרמית בין החבילה לבין כיור חום הוא בלתי יעיל. TIMs למלא את הפערים המיקרוסקופיים ואת כיסים האוויר בין משטחים. TIMs המסורתית כוללים שיבושים תרמיים, חומרי שינוי שלב, ואת כריות elastomeric, עם מוליכות מפורטות כגון 1–5 WmKout TIMs עכשיו לשלב גרפים, חלקיקים, או פחמן כדי להשיג בטווח נמוך כגון סוללות / Ivic / C2 / C2 / C {\displaystyle \"ל\C} עם כל אלה יש צורך גבוה יותר מ-i\C} עם תחזוקה (בהמשך טיפול ב-i) עם תחזוקה גבוהה יותר מ-ivcvcrelicrelic} עם כל כך גבוה יותר מ-ivcrelicrelimKout) עם כל כך גבוה יותר מ-ivic.

המונחים: Tobacco Spreaders

חבילות נחושת מתקדמות רבות משלבות מפיץ חום פנימי - שכבת מתכת גבוהה מוליכים למחצה (לעתים קרובות נחושת או אלומיניום) מוטבע בתוך תרכובת עובש או תת-קרקעית.מפיצים אלה להפיץ חום מאוחר יותר על פני החבילה לפני העברתו למגרין החיצוני (בדרך כלל נחושת או אלומיניום) עם התפשטות טמפרטורה גבוהה יותר (מפרקים) עם מוליכות חום גבוהה יותר מ סגסוגת חום (Ricolfreic) אבל התפשטות בצורה משמעותית) עם גרף חום גבוהה יותר מ-upicial תרכובת (Ric) עם גרף חום) עם גרף חום (Ricials) מעל 300 W/mK) יכול להפחית את הטמפרטורה גבוהה יותר) אבל גרף חום רחב יותר מ-upic טווח גבוה יותר מ-upic טווח רחב יותר (Ricial) יכול להפחית את ההתפשטות חום (Ricial תרכובת) עם גרף חום) עם גרף חום (מחדש) עם גרף חום) עם גרף חום גבוה יותר מ-upicial תרכובת) עם גרף חום רחב יותר מ- 300 W / mK) יכול גם כן, אך הוא גם כן, 000 גרם) יכול להפחית את הגדלהת חום רחב יותר מ- off חום רחב יותר מ- off חום רחב יותר

Fan-Out Wafer-Level Packaging (FOWLP)

FOWLP מפצה מחדש את ה- I/O על שטח גדול יותר באמצעות תרכובת epoxy מעוצבת ו- re-deposited מתכת שכבות.המות מוטבעת במתחם התבניות, ושכבה חלוקה מחדש (RDL) מחברת אותו לכדורים גדולים יותר של IoT.טכניקה זו מפחיתה את גודל החבילה ואת הטפילטיקות תוך שיפור ביצועים תרמיים מכיוון שריד המוות יכול להיחשף להחזקה ישירה לפרופיל חום רגיל (FLP) נמוך יותר מאשר ל- 1 מ-ADC רגיל יותר מאשר לעתים קרובות יותר מאשר חבילת עמידות נמוכה יותר מאשר חבילת חיסון רגיל.

באמצעות Silicon Vias (TSVs) ב Interposers

עבור מאוד מהיר ADCs, למות הוא לעתים קרובות רכוב על סיליקון המכיל TSVs TSVs. אלה TSVs לספק קשרים עם חינוך נמוך, אשר להפחית אובדן אות, אבל הם יכולים לשמש גם כ conduits תרמי כאשר מלא נחושת. s. a interposer עם צפיפות גבוהה של TSVs נחושת (לדוגמה, 10%) יכול גם למלא) יעיל על ידי גורם תרמי של סיליקון נמוך יותר מ סיליקון נמוך יותר מ סיליקון או 2.

השפעה על הדיסipation והביצועים של המערכת

ההשפעה המצטברת של טכניקות אריזה אלה היא צמצום משמעותי בהתנגדות תרמית.עבור ADC טיפוסי במהירות גבוהה מתפזר 3 W, חוט קונבנציונלי מחוצבה ללא-le (QFN) עשוי להציג התנגדות צומת-to-ambient (RFLT:0 ⁇ jaFLT:1) של 30 מעלות / CW, וכתוצאה מכך עלייה של 90 מעלות צלזיוס גבוה יותר, עם עלייה של 2 ° C2, 000, 000, 000 חשוף עד חום, 000 גבוה יותר, 000.

הטמפרטורה התחתונה של צומת משפרת ישירות את ביצועי ADC. רצפת הרעש מקטין, ואת טווח דינמי ללא עוררין (SFDR) גדל כי לא לינאריות תלויות טמפרטורה מדוכאים.עבור תשתיות תקשורת כגון תחנות בסיס ומערכות מכ"ם, זה מתורגם לרגישות טובה יותר וטווח דינמי רחב יותר.במערכות הדמיה רפואית דיוק, סביבה תרמית יציבה מבטיחה תמונה עקבית על פני סריקה ארוכה.

השפעה על הסתמכות ארוכת טווח

אופניים עשירים ומכרנים יחד Fatigue

מערכות אלקטרוניות חווים שינויים חוזרים בטמפרטורה במהלך תפעול ורכיבה כוח. באג"ח מחווט, התאמות גדולות של CTE בין סיליקון ( ⁇ 2.6 pm / ° C) ו-Nirkment ( ⁇ 17 ppm/ ° C) מעוררות מתח של CTE במפרקי האג"ח, מה שמוביל ל-Ap-Ricssssssssss-A3-Ap חבילות עם מתחת ל-C בתנאי לחץ על פני כל מערך החיבור, בדרך כלל, הפחתת ה- 2, כך ש-A2D מ-APTD, בדרך כלל יכול להגדיל את ה-APT-APT-APT-APT-A סטנדרטי יותר מ-APT-A סטנדרטיתפשט את ה-APT-A2D, עם טמפרטורות סטנדרטיות יותר מ-APT-APT-A סטנדרטיות על פני טמפרטורות סטנדרטיות יותר מ-A סטנדרטיות יותר מ-A2D סטנדרטיות עם , עם טמפרטורות סטנדרטיות יותר מ- 300 טמפרטורות סטנדרטיות, עם קומפקטיות, עם קומפקטיות, עם קומפקטיות, עם טמפרטורות סטנדרטיות, עם קומפקטיות יותר מ-125 מעלות צלזיוס, 000 קומפקטי

התנגדות הפיכה ושחיתות

Moisture ingress הוא עוד איום אמינות, במיוחד עבור חבילות הפועלות בסביבות לחות או נתון זיהום. תרכובות Mold עם טעינה מלאה גבוהה (כגון סיליקה) להפחית ספיגה לחות ולספק מחסום חזק יותר.מערכות מתקדמות-in-package (SiP) עבור ADCs כוללים התאמות משולבות או desiccants. בנוסף, ביצועים תרמיים משפיעים ישירות על לחות: רגישות קרירה יותר ל- 85 מעלות צלזיוס) יש להפחית את הסיכון המתאים לבדיקות דלקת ריאות.

אלקטרומיגור וההגירה מתח

אלקטרומיגציה בשכבות המתכת ובליטות המוכרות מואצת על ידי צפיפות גבוהה וטמפרטורה.על ידי כך לאפשר למות לרוץ קריר יותר, אריזה מתקדמת מפחיתה את קצב האלקטרומיגציה באופן אקספוננציאלי. לדוגמה, ירידה של 20 מעלות צלזיוס בטמפרטורת צומת מפחיתה את השטף האטומי של אלקטרומימולציה בחצי, מרחיבה את הזמן החציוני ל -10,000 שעות עד 50,000 שעות תחת תנאים טיפוסיים, כמו גם מתח, כלומר, מצמצם את הלחץ המופעל על ידי מפונקציה מופעל על ידי פחות מלחץ מכני.

מחקרים על פני דרישות

תקשורת מהירה ו-Raar

בתחנות בסיס 5G ומערכות מכ"ם של כוכבי הלכת, ADCs חייב מדגם רוחב פס רחב (hundreds של MHz) עם טווח דינמי גבוה.החום פלוקס בעיצובים כאלה יכול לעלות על 2 W / ס"מ2. חברות כמו Analog מכשירים ליישם אריזה הפוכה-chip עם מפיץ חום נחושת ומכסה כי מגעים באמצעות גישה תרמית.

רכב ADAS ו- Radar

ADCs המשמש מכ"ם קצר טווח וחיישנים LiDAR חייב לשרוד מתחת למכסה שבו הטמפרטורה יכולה להגיע 105 מעלות C והם כפופים לרכבת תרמית קיצונית. Texas Instruments משתמשת באריזות בגודל שבב (WLCSP) עם דרך מקרנת דרך למכשירי המכ"ם ADC שלה.חבילה זו מציגה התנגדות תרמית נמוכה מאוד (< 5 ° C / W) והתנגדות אופניים מעולה.

מכשירים רפואיים מותאמים ולבוש

במכשירים מותאמים כמו קוצרים קצבים וצגים גלוקוז מתמשכים, ADC חייב להיות מאוד נמוך אבל גם לשמור על דיוק על אורך החיים של 5-10 שנים של המכשיר כאן, אריזה מתקדמת מתמקדת ב miniaturization ו- hermetic Imetic Imetic Imetic Imetic Imetic Imetic Immut-out wfer-surance עם גב חשוף נוזל הגוף באמצעות ציפוי ביו-אי מתאים מבטיח הפיכה תרמית טובה לרקמות, אשר מסייע לפירוק של כמות קטנה של חום וטמפרטורה נמוכה יותר, גם כן, עם מספר חיישנים חד-חמצני, עם קצבהמין, עם קצבהמין עם חום קבוע, עם קצבה.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

Cooling

עבור הכוח הגבוה ביותר ADCs (>10 W), אפילו כיור חום מסורתי עשוי להוכיח לא מספיק.מאגרים מיקרו-השפעהיים בתוך החבילה - או במחסנים ייעודי או ישירות במצע - יכול להשיג שיעורי הסרת חום מעל 100 W / ס"מ 2. הערוצים האלה משתמשים בקורטנטים חשמליים או מים זורמים דרך מזהמים בקנה מידה מיקרון-ממדיים אחרונים על ידי חוקרים ב-HP ו- IBM משולבים לטמפרטורות מיקרוסקופיות, עדיין יכולות להפוך למיקרו-Cfluicated יותר מ- 30.

טרנדים מתקדמים ויהלומים

מוליכות תרמית של היהלום (2000 W/mK) היא חמש פעמים של נחושת. מפיצים חום סינתטיים יכולים לגדול כמו סרטים דקים או substrates.הם כבר בשימוש במספר מודולים RF בעוצמה גבוהה, ואת היישום שלהם לאריזות ADC הוא נחקר יותר ויותר דיוק, אבל כמו טכניקות ייצור בוגר, תת-קרקעית יהלומים יכול להיות סטנדרטי עבור ניהול תרמי חומר מבטיח אחר הוא אלומיניום (ACide) סיליקון גבוה יותר ויותר (Ric pSC) עם סוללות מורכבות CKi) סיליקון גבוה יותר ויותר, אבל כמו סיליקון CICliClicliS) סיליקון (R) סיליקון גבוה יותר ויותר מורכב יותר ויותר גבוה יותר ויותר, אבל כמו טכניקות ייצור סיליקון (R) סיליקון CKL2Clim CLICide (R) סיליקון) סיליקון חום סיליקון גבוה יותר ויותר גבוה יותר ויותר גבוה יותר ויותר גבוה יותר ויותר, אבל כמו טכניקות ייצור גמישות גבוהה סיליקון) סיליקון (R) סיליקון חום (מבוגר HD CKSTCPT) סיליקון גבוה יותר ויותר גבוה יותר ויותר גבוה יותר ויותר, אבל כמו טכניקות ייצור גמישות מורכבת CKSTCliSTCliSTCliSTCliSTS) סיליקון) סיליקון (R.

שילוב heterogeneous עם Embedded Passive Cooling

המגמה לקראת שילוב heterogeneous תביא אנלוגי, דיגיטלי, זיכרון, וניהול חשמל פונקציות לתוך חבילה אחת.כל רכיב יש מאפיינים תרמיים שונים, ואת התקציב התרמי הכולל חייב להיות מנוהל בזהירות. Cooling מבנים כגון תאים vapor או צינורות חום יכול להיות מוטבע ישירות לתוך החבילה substrate. חברות כמו Fraunhofer IZM מפתחים פתרונות קירור באמצעות שני-phase בקירור במיקרוסקופים יכול אפילו לפעול למערכות אבטחה גבוהות יותר.

עיצוב חבילה AI-Optimated

אלגוריתמים של למידת מכונות מתחילים להיות בשימוש כדי לייעל את המיקום של דרך תרמית, הגיאומטריה של מפיץ חום, ואת הבחירה של חומרי TIM המבוססים על מפת הכוח הצפויה של ADC. לדוגמה, רשת עצבית המוכשרת על תוצאות סימולציה של אלמנטים סופיים יכול להמליץ על פריסת חבילה המפחיתה את הטמפרטורה ואת הלחץ התרמי.

מסקנה

טכניקות אריזה מתקדמות שינו את הנוף הניהול התרמית של Analog-to-Digital Converters, המאפשרות רמות ביצועים ואמינות שלא ניתן להגיע לפני עשור. Flip-chip, 3D אינטגרציה, TIM מתקדמים, מפיץ חום מוטבע, ואריזות מהירות ומהירות גבוהה יותר של מערכת אלקטרונית, כל אחד מהם תורם למחתרת תרמית נמוכה יותר, יותר חום, ולהפחית מתח מכני.