Типы корпусов микросхем

Бескорпусная микросхема — это полупроводниковый кристалл, предназначенный для монтажа в гибридную микросхему или микросборку (возможен непосредственный монтаж на печатную плату). Обычно, после монтажа, микросхему покрывают защитным лаком или компаундом с целью предотвратить или снизить влияние негативных факторов окружающей среды на кристалл.

Современные методы бескорпусной герметизации включают технологии «glob-top» и «dam-and-fill». Метод «glob-top» заключается в заливке кристалла и его проволочных выводов каплей компаунда (как правило, на эпоксидной основе). Для защиты более крупных сборок применяется технология «dam-and-fill», при которой по периметру чипа формируется барьер («дамба») из высоковязкого материала, а внутреннее пространство заливается компаундом с низкой вязкостью^[1][2][3]. Технология монтажа открытых кристаллов на плату (COB) сохраняет высокую востребованность благодаря компактности и улучшенному теплоотводу. Она активно применяется во встраиваемых устройствах интернета вещей (IoT), а также является ключевой технологией для создания MicroLED-дисплеев высокого разрешения^[4][5].

Большая часть выпускаемых микросхем предназначена для отправки конечному потребителю, и это вынуждает производителя предпринимать меры по сохранности кристалла и самой микросхемы. Для уменьшения действия окружающей среды на время доставки и хранения у конечного покупателя, полупроводниковые кристаллы разным способом упаковывают.

Ранние интегральные схемы упаковывались в плоские керамические корпуса. Такой тип корпусов широко используется военными из-за его надёжности и небольшого размера. Коммерческие микросхемы перешли к корпусам DIP (англ. Dual In-line Package), сначала изготавливавшимися из керамики, а затем из пластика. В 1980-х годах количество контактов СБИС превысило возможности DIP корпусов, что привело к созданию корпусов PGA (англ. pin grid array) и LCC (англ. leadless chip carrier). В конце 80-х, с ростом популярности поверхностного монтажа, появляются корпуса SOIC (англ. Small-Outline Integrated Circuit), имеющие на 30-50 % меньшую площадь чем DIP и на 70 % более тонкие и корпуса PLCC (англ. Plastic leaded chip carrier). В 90-х начинается широкое использование plastic quad flat pack (PQFP) и TSOP (англ. thin small-outline package) для интегральных схем с большим количеством выводов. Для сложных микропроцессоров, особенно для устанавливаемых в сокеты, используются PGA-корпуса. В настоящее время, Intel и AMD перешли от корпусов PGA к LGA (англ. land grid array, разъём с матрицей контактных площадок).

Корпуса BGA (англ. Ball grid array) существуют с 1970-х годов. В 1990-х годах были разработаны корпуса FCBGA (BGA, собранная методом перевернутого кристалла англ. flip-chip), допускающие намного большее количество выводов, чем другие типы корпусов. В FCBGA кристалл монтируется в перевёрнутом виде и соединяется с контактами корпуса через столбики (шарики) припоя. Монтаж методом перевёрнутого кристалла позволяет располагать контактные площадки по всей площади кристалла, а не только по краям.

В настоящее время развивается подход с размещением нескольких полупроводниковых кристаллов в едином корпусе, так называемая «Система-в-корпусе» (англ. System In Package, SiP) или на общей подложке, часто керамической, так называемый MCM (англ. Multi-Chip Module).

В 2010-х годах революцией в корпусировании мобильных процессоров стало развитие технологии Fan-Out Wafer-Level Packaging (FOWLP). В частности, внедрение компанией TSMC технологии InFO (Integrated Fan-Out) в 2016 году позволило отказаться от традиционных подложек, что обеспечило создание более тонких корпусов с улучшенными электрическими и тепловыми характеристиками^[6][7][8].

Организация JEDEC разрабатывает стандарты для микроэлектронной промышленности, устанавливая систему описательных обозначений для контуров корпусов (в частности, стандарт JESD-30). Эта система позволяет систематизировать корпуса по семействам и характеристикам^[9]. Базовая классификация корпусов интегральных микросхем строится на основе технологии их монтажа на печатную плату.

Выделяют два основных класса:

• Монтаж в сквозные отверстия (англ. Through-Hole Technology, THT). Выводы компонентов вставляются в предварительно просверленные отверстия в плате и припаиваются с обратной стороны. Данная технология обеспечивает высокая механическая прочность соединения, однако отличается низкой плотностью монтажа^[10].
• Поверхностный монтаж (англ. Surface-Mount Technology, SMT). Компоненты монтируются непосредственно на контактные площадки на поверхности печатной платы. Технология позволяет достичь высокой плотности размещения элементов и обеспечивает высокую степень автоматизации массового производства^[10].

В современных интегральных микросхемах применяются разнообразные полимерные и керамические материалы, выбор которых зависит от требований к стоимости, надёжности, тепловым характеристикам и условиям эксплуатации^[11].

Керамические материалы обеспечивают высокую герметичность, стабильность параметров в широком диапазоне температур и хороший отвод тепла. Они предпочтительны для устройств, работающих в жёстких условиях, например, в военной и аэрокосмической технике^[11]. Среди основных керамических материалов выделяют:

• Оксид алюминия (Al₂O₃) — традиционный материал для металлокерамических корпусов^[12];
• Нитрид алюминия (AlN) — применяется при требованиях к очень высокой теплопроводности^[13];
• Низкотемпературная совместно обжигаемая керамика (LTCC) — технология, позволяющая создавать многослойные корпуса с интегрированными пассивными компонентами.

Полимерные (пластиковые) материалы являются наиболее распространённым решением в массовой электронике благодаря низкой стоимости и пригодности для автоматизированного крупносерийного производства^[11]. Эпоксидные компаунды выступают самым популярным материалом для герметизации кристалла методом литья под давлением^[14].

Для корпусирования мощных интегральных микросхем применяются специальные теплопроводящие заливочные компаунды на основе силиконовых или эпоксидных смол с добавлением керамических наполнителей. Они обеспечивают эффективный отвод тепла от кристалла, электрическую изоляцию, а также защиту от механических и климатических воздействий^[15].

Основная задача герметизации — защита кристалла интегральной схемы от внешних воздействий (влаги, газов, пыли и механических повреждений), способных привести к отказу устройства. Существует два фундаментальных подхода к обеспечению защиты: использование герметичных и негерметичных корпусов^[16].

Герметичные корпуса обеспечивают максимальный уровень изоляции от внешней среды. Они применяются в аппаратуре специального назначения (военная и аэрокосмическая техника), где требуется высочайшая надёжность^[17]. Уровень защиты таких изделий регламентируется строгими стандартами, основным из которых является MIL-STD-883^[18]. Данный стандарт устанавливает методы климатических и механических испытаний, включая жесткий контроль содержания паров воды внутри корпуса (не более 5000 ppm при 100 °C).

Основным методом герметизации металлокерамических и металлостеклянных корпусов выступает шовно-роликовая сварка. Процесс заключается в прокатывании роликовых электродов по периметру крышки с локальным нагревом до температуры плавления металла. Сварка проводится в камере с инертной средой (сухой азот или аргон) для предотвращения попадания влаги и кислорода внутрь^[19].

Негерметичные (пластиковые) корпуса являются наиболее массовым и дешёвым типом корпусирования, доминирующим в бытовой и коммерческой электронике^[20]. Они защищают кристалл от механических воздействий и пыли, однако в долгосрочной перспективе не являются полностью непроницаемыми для диффузии газов и влаги.

В массовом производстве негерметичных корпусов также применяется технология литьевого (трансферного) прессования, при которой рамочная конструкция с установленными кристаллами помещается в пресс-форму и под давлением заполняется расплавленным термореактивным полимером^[21].

Защита негерметичных компонентов поверхностного монтажа от влаги регламентируется стандартом J-STD-020 (актуальная версия — J-STD-020E), разработанным совместно организациями JEDEC и IPC. Стандарт определяет уровни чувствительности к влаге (англ. Moisture Sensitivity Level, MSL). Данная классификация помогает избежать повреждения компонентов (например, растрескивания корпуса, известного как «попкорн-эффект») во время пайки оплавлением^[22].

Уровни MSL устанавливают допустимое время нахождения компонента вне герметичной влагозащитной упаковки в контролируемых условиях производственного помещения (обычно при температуре не более 30 °C и относительной влажности до 60 %) до момента пайки.

Основные уровни MSL согласно стандарту J-STD-020E:^[22]

• MSL 1 — не чувствителен к влаге, неограниченное время хранения;
• MSL 2 — 1 год;
• MSL 2a — 4 недели;
• MSL 3 — 168 часов (7 дней);
• MSL 4 — 72 часа (3 дня);
• MSL 5 — 48 часов (2 дня);
• MSL 5a — 24 часа (1 день);
• MSL 6 — компоненты требуют обязательной просушки перед использованием и должны быть смонтированы немедленно^[22][23].

Правила обращения, упаковки и просушки чувствительных к влаге компонентов дополнительно описываются в смежном стандарте J-STD-033^[24].

В условиях замедления действия закона Мура на смену традиционной планарной (2D) сборке пришли передовые технологии 2.5D и 3D компоновки^[25].

Технология 2.5D предполагает размещение нескольких кристаллов (чиплетов) (англ. chiplets) рядом друг с другом на специальной подложке — интерпозере, который обеспечивает сверхкороткие и плотные соединения. В 3D-компоновке кристаллы размещаются вертикально друг на друге (в стек) с использованием сквозных кремниевых переходных отверстий (TSV)^[26].

Ведущим решением в области 2.5D-интеграции является технология CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate), разработанная компанией TSMC. Она позволяет объединять на едином кремниевом интерпозере логические кристаллы (например, графические или центральные процессоры) и стеки памяти с высокой пропускной способностью (HBM). Такой подход обеспечивает сверхвысокую скорость обмена данными и низкие задержки, что критически важно для ускорителей искусственного интеллекта и высокопроизводительных вычислений^[27][28].

В 2024—2025 годах на фоне роста спроса на ИИ-ускорители возник глобальный дефицит производственных мощностей по упаковке CoWoS. Несмотря на расширение производства компанией TSMC, спрос со стороны разработчиков чипов значительно превысил доступное предложение^[29][30].

Концепция чиплетов представляет собой модульный подход к проектированию микросхем, при котором сложная система собирается из нескольких отдельных полупроводниковых кристаллов, размещённых в едином корпусе. Это позволяет осуществлять гетерогенную интеграцию — объединение специализированных компонентов, произведённых по различным технологическим процессам или от разных поставщиков, в одну вычислительную систему.

Для обеспечения совместимости чиплетов от разных производителей консорциумом ведущих технологических компаний (включая Intel, AMD, TSMC, Samsung, NVIDIA и Google) был разработан стандарт взаимодействия Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe). Он предоставляет унифицированный подход к высокоскоростному соединению кристаллов внутри корпуса^[31].

В августе 2025 года была представлена спецификация UCIe 3.0, поддерживающая как стандартную 2D, так и передовую 2.5D-компоновку. Новая версия стандарта удвоила скорость передачи данных до 48 и 64 гигатранзакций в секунду (ГТ/с) по сравнению с предыдущими поколениями, сохранив обратную совместимость и улучшив энергоэффективность^[32].

Развитие сетей 5G и автомобильной электроники стало одним из ключевых факторов, стимулирующих изменения в технологиях корпусирования.

Для сетей 5G, особенно в миллиметровом диапазоне (mmWave), критической проблемой являются потери высокочастотного сигнала при передаче по печатной плате. Для её решения применяется технология Antenna-in-Package (AiP), при которой антенный модуль интегрируется непосредственно в корпус микросхемы вблизи радиочастотного приёмопередатчика. Это минимизирует потери сигнала, уменьшает шумы и упрощает проектирование конечных устройств.

Усложнение автомобильных систем, таких как усовершенствованные системы помощи водителю (ADAS) и электромобили, предъявляет особые требования к корпусам микросхем. Ключевыми факторами становятся высокая механическая прочность и надёжность для работы в условиях широкого диапазона температур и сильных вибраций. Кроме того, мощные процессоры систем автопилота и компоненты силовой электроники требуют эффективного теплоотвода, а растущее число электронных блоков в автомобилях диктует необходимость применения компактных и высокоинтегрированных решений^[33][34].

ИМС, произведённые в СССР до 1972 года, оформлены в нестандартные корпуса («Посол», «Вага 1Б», «Трапеция», «Тропа» и т. п.); их характеристики приведены в специальной технической документации на них, обычно ТУ.

Корпуса первых советских ИМС соответствовали требованиям ГОСТ 17467-72, который предусматривал четыре типа корпусов:

1. тип 1: прямоугольный с выводами в пределах основания, перпендикулярно ему,
2. тип 2: прямоугольный с выводами, расположенными за пределами основания, перпендикулярно ему,
3. тип 3: круглый с выводами в пределах основания, перпендикулярно ему,
4. тип 4: прямоугольный с выводами за пределами основания, параллельно плоскости основания.

Для обозначения типоразмера корпуса и его конструкции предусматривалось специальное условное обозначение, состоящее из четырёх элементов:

1. цифра, обозначающая тип корпуса,
2. две цифры, от 01 до 99, обозначающие типоразмер,
3. цифра, обозначающая общее количество выводов,
4. цифра, обозначающая номер модификации.

Режим и условия монтажа ИМС в РЭА по ОСТ 11 073.062-2001 (разработан ЦКБ Дейтон), с числом перепаек 2.

Цоколёвка ИМС советских и постсоветских лет выпуска часто совпадала со стандартом прототипов — функциональных аналогов серий 74 или 4000.

Чаще всего, массовые серии ИМС, производившиеся в СССР, были упакованы в следующие типы корпусов:

Система обозначений корпусов микросхем в СССР и России отличается от международных систем (таких как JEDEC), однако для многих распространённых типов существуют устоявшиеся аналоги:^[35][36]

См. также ниже LBGA и LFBGA.

Существует несколько основных типов корпусов BGA, различающихся материалом подложки и конструктивными особенностями:

• PBGA (Plastic Ball Grid Array) — пластиковый корпус на основе многослойной печатной платы. Является наиболее распространённым и экономически эффективным решением для массовой электроники.
• CBGA (Ceramic Ball Grid Array) — керамический корпус, отличающийся высокой герметичностью, надёжностью и отличной теплопроводностью. Применяется в высокопроизводительном, телекоммуникационном и аэрокосмическом оборудовании.
• TBGA (Tape Ball Grid Array) — корпус на гибкой полиимидной подложке. Позволяет создавать очень тонкие и лёгкие компоненты с улучшенными тепловыми и электрическими характеристиками^[38].

В мобильной и портативной электронике применяются миниатюрные версии корпусов — Fine Pitch BGA (FBGA) и micro-BGA (μBGA). Для них характерно уменьшение шага выводов: если для FBGA типичным является шаг менее 1,0 мм, то в современных корпусах micro-BGA шаг выводов составляет 0,4 мм и менее. Это позволяет размещать компоненты с большим количеством контактов на ограниченной площади печатной платы, что критически важно для смартфонов и носимых устройств^[39].

Эволюция корпусов BGA для серверных процессоров и ускорителей искусственного интеллекта связана с переходом к многочиповым (чиплетным) архитектурам. Интеграция множества вычислительных кристаллов и стеков памяти в одном корпусе привела к росту количества контактов до нескольких тысяч. Для отвода тепла в конструкцию таких BGA-корпусов интегрируются теплораспределители и испарительные камеры^[25].

См. также ниже SIL

См. также ниже HDIP

Несмотря на вытеснение технологией поверхностного монтажа (SMT) в массовом производстве, корпуса DIP сохраняют свою актуальность и продолжают использоваться в ряде специфических сфер. Они остаются востребованными для прототипирования на макетных платах, в образовательных целях, для ремонта устаревшего оборудования, а также применяются в некоторых промышленных устройствах^[45][46].

Также, варианты:

DHVQFN (Depopulated Heatsink Very-thin Quad Flat-pack, безвыводной).

DHXQFN (Depopulated Heatsink eXtremely-thin Quad Flat-pack, безвыводной).

Безвыводные корпуса (такие как QFN и SON) обладают рядом существенных преимуществ. Их миниатюризация достигается за счёт отсутствия выступающих по бокам выводов — контактные площадки размещаются непосредственно на нижней поверхности корпуса. Короткие пути соединения от кристалла до печатной платы обеспечивают низкие значения паразитной индуктивности, что особенно важно для стабильной работы высокочастотных схем. Кроме того, такие корпуса обеспечивают улучшенный теплоотвод благодаря наличию большой открытой металлической площадки в центре нижней части, которая припаивается непосредственно к плате^[49][50][51].

англ. Heat sink — английское название вентиляторного охладителя.

Технология Heatsink в корпусах HVQFN обеспечивает улучшенный отвод тепла за счёт наличия открытой металлической площадки на нижней стороне корпуса. При монтаже эта площадка напрямую припаивается к соответствующему полигону на печатной плате. Для эффективного рассеивания тепла в полигоне размещают массив сквозных тепловых переходных отверстий (thermal vias), которые переносят тепло на внутренние слои и обратную сторону платы, позволяя использовать её в качестве радиатора^[58].

См. также HUQFN, HVQFN и HXQFN.

См. также HVSON и HXSON.

См. также HUQFN, HVQFN и HWQFN.

См. также HVSON и HWSON.

См. также BGA и LFBGA.

LFBGA (Low-profile Fine-pitch Ball Grid Array) См. также BGA и LBGA.

См. также TSSOP и VSSOP.

PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) и СLCC (Ceramic Leaded Chip Carrier) представляют собой квадратный корпус с расположенными по краям контактами, предназначенный для установки в специальную панель (часто называемую «кроваткой»). В настоящее время широкое распространение получили микросхемы флэш-памяти в корпусе PLCC, используемые в качестве микросхемы BIOS на системных платах.

QFP (от англ. Quad Flat Package) — семейство корпусов микросхем, имеющих планарные выводы, расположенные по всем четырём сторонам.

Микросхемы в таких корпусах предназначены только для поверхностного монтажа; установка в разъём или монтаж в отверстия штатно не предусмотрен, хотя переходные коммутационные устройства существуют. Количество выводов QFP микросхем обычно не превышает 200, с шагом от 0,4 до 1,0 мм.

Корпуса QFP широко применяются в автомобильной электронике благодаря выводам типа «крыло чайки» (gull-wing), которые упрощают визуальный и автоматизированный оптический контроль качества пайки, обеспечивая надёжность соединений^[61].

См. также SIL.

См. также DBS и RDS.

См. также HSOP. Семейство корпусов для поверхностного монтажа Small Outline (SO) включает в себя несколько основных типов, различающихся габаритами и шагом выводов:

• SOIC (Small Outline Integrated Circuit) и SOP (Small Outline Package) — базовые типы корпусов со стандартным шагом выводов 1,27 мм^[62].
• SSOP (Shrink Small Outline Package) — уменьшенная версия базового корпуса с меньшим шагом выводов для более плотного монтажа^[62].
• TSOP (Thin Small Outline Package) — тонкие корпуса (толщиной около 1 мм), которые часто применяются для микросхем памяти^[63].
• TSSOP (Thin Shrink Small Outline Package) — тонкие уменьшенные корпуса, сочетающие малую толщину и малый шаг выводов, широко используемые для компактных мобильных устройств^[63].

См. также HT SSOP.

См. также HT SSOP и TVSOP.

Комментарии:

• Некоторые из приведённых в таблице корпусов известны под названием MicroPak.
• Некоторые из приведённых в таблице корпусов совместимы с NanoStar.
• Корпус с шагом выводов 0,5 мм («стандартный корпус» — 6 выводов) обозначен индексом GM
• Корпус с шагом выводов 0,5 мм («стандартный корпус» — 8 выводов) обозначен индексом GT
• Корпус с шагом выводов 0,5 мм («широкий корпус») обозначен индексом GD
• Корпус с шагом выводов 0,35 мм («короткий корпус») обозначен индексом GF
• Корпус с шагом выводов 0,35 мм, высотой 0,35 мм («короткий и тонкий корпус») обозначен индексом GS
• Корпус с шагом выводов 0,3 мм, высотой 0,35 мм («очень короткий и тонкий корпус») обозначен индексом GN