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IC存储环境和操作注意事项

2017-04-07
类别:业界动态
eye 206
文章创建人 拍明

       集成电路(integrated circuit)是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体,使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克·基尔比(基于锗(Ge)的集成电路)和罗伯特·诺伊思(基于硅(Si)的集成电路)。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。

20世纪50年代后期一60年代发展起来的一种新型半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺,把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上,然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。其封装外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。集成电路技术包括芯片制造技术与设计技术,主要体现在加工设备,加工工艺,封装测试,批量生产及设计创新的能力上。

晶体管(transistor)是一种固体半导体器件,具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。晶体管作为一种可变电流开关,能够基于输入电压控制输出电流。与普通机械开关(Relayswitch)不同,晶体管利用电讯号来控制自身的开合,而且开关速度可以非常快,实验室中的切换速度可达100GHz以上。

2016年,劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限,将现有的最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm,完成了计算技术界的一大突破

半导体( semiconductor),指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。如二极管就是采用半导体制作的器件。半导体是指一种导电性可受控制,范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看,半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品,如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等,而硅更是各种半导体材料中,在商业应用上最具有影响力的一种。

集成电路,英文为Integrated Circuit,缩写为IC;顾名思义,就是把一定数量的常用电子元件,如电阻、电容、晶体管等,以及这些元件之间的连线,通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的电路。

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为什么会产生集成电路?我们知道任何发明创造背后都是有驱动力的,而驱动力往往来源于问题。那么集成电路产生之前的问题是什么呢?我们看一下1942年在美国诞生的世界上第一台电子计算机,它是一个占地150平方米、重达30吨的庞然大物,里面的电路使用了17468只电子管、7200只电阻、10000只电容、50万条线,耗电量150千瓦[1] 。显然,占用面积大、无法移动是它最直观和突出的问题;如果能把这些电子元件和连线集成在一小块载体上该有多好!我们相信,有很多人思考过这个问题,也提出过各种想法。典型的如英国雷达研究所的科学家达默,他在1952年的一次会议上提出:可以把电子线路中的分立元器件,集中制作在一块半导体晶片上,一小块晶片就是一个完整电路,这样一来,电子线路的体积就可大大缩小,可靠性大幅提高。这就是初期集成电路的构想,晶体管的发明使这种想法成为了可能,1947年在美国贝尔实验室制造出来了第一个晶体管,而在此之前要实现电流放大功能只能依靠体积大、耗电量大、结构脆弱的电子管。晶体管具有电子管的主要功能,并且克服了电子管的上述缺点,因此在晶体管发明后,很快就出现了基于半导体的集成电路的构想,也就很快发明出来了集成电路。杰克·基尔比(Jack Kilby)和罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)1958~1959期间分别发明了锗集成电路和硅集成电路[2-3]

讲完了历史,我们再来看现状。集成电路已经在各行各业中发挥着非常重要的作用,是现代信息社会的基石。集成电路的含义,已经远远超过了其刚诞生时的定义范围,但其最核心的部分,仍然没有改变,那就是集成,其所衍生出来的各种学科,大都是围绕着集成什么如何集成如何处理集成带来的利弊这三个问题来开展的。硅集成电路是主流,就是把实现某种功能的电路所需的各种元件都放在一块硅片上,所形成的整体被称作集成电路。对于集成,想象一下我们住过的房子可能比较容易理解:很多人小时候都住过农村的房子,那时房屋的主体也许就是三两间平房,发挥着卧室的功能,门口的小院子摆上一副桌椅,就充当客厅,旁边还有个炊烟袅袅的小矮屋,那是厨房,而具有独特功能的厕所,需要有一定的隔离,有可能在房屋的背后,要走上十几米……后来,到了城市里,或者乡村城镇化,大家都住进了楼房或者套房,一套房里面,有客厅、卧室、厨房、卫生间、阳台,也许只有几十平方米,却具有了原来占地几百平方米的农村房屋的各种功能,这就是集成。

当然现如今的集成电路,其集成度远非一套房能比拟的,或许用一幢摩登大楼可以更好地类比:地面上有商铺、办公、食堂、酒店式公寓,地下有几层是停车场,停车场下面还有地基——这是集成电路的布局,模拟电路和数字电路分开,处理小信号的敏感电路与翻转频繁的控制逻辑分开,电源单独放在一角。每层楼的房间布局不一样,走廊也不一样,有回字形的、工字形的、几字形的——这是集成电路器件设计,低噪声电路中可以用折叠形状或叉指结构的晶体管来减小结面积和栅电阻。各楼层直接有高速电梯可达,为了效率和功能隔离,还可能有多部电梯,每部电梯能到的楼层不同——这是集成电路的布线,电源线、地线单独走线,负载大的线也宽;时钟与信号分开;每层之间布线垂直避免干扰;CPU与存储之间的高速总线,相当于电梯,各层之间的通孔相当于电梯间……

特点

集成电路或称微电路(microcircuit)、 微芯片(microchip)、芯片(chip)在电子学中是一种把电路(主要包括半导体装置,也包括被动元件等)小型化的方式,并通常制造在半导体晶圆表面上。

前述将电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜(thin-film)集成电路。另有一种厚膜(thick-film)混成集成电路(hybrid integrated circuit)是由独立半导体设备和被动元件,集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。

本文是关于单片(monolithic)集成电路,即薄膜集成电路。

集成电路具有体积小,重量轻,引出线和焊接点少,寿命长,可靠性高,性能好等优点,同时成本低,便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用,同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备,其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍,设备的稳定工作时间也可大大提高。

分类

功能结构

集成电路,又称为IC,按其功能、结构的不同,可以分为模拟集

集成电路 成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。

模拟集成电路又称线性电路,用来产生、放大和处理各种模拟信号(指幅度随时间变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等),其输入信号和输出信号成比例关系。而数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号(指在时间上和幅度上离散取值的信号。例如3G手机、数码相机、电脑CPU、数字电视的逻辑控制和重放的音频信号和视频信号)

制作工艺

集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和膜集成电路。

膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。

集成度高低

集成电路按集成度高低的不同可分为:

SSIC 小规模集成电路(Small Scale Integrated circuits)

MSIC 中规模集成电路(Medium Scale Integrated circuits)

LSIC 大规模集成电路(Large Scale Integrated circuits)

VLSIC 超大规模集成电路(Very Large Scale Integrated circuits)

ULSIC特大规模集成电路(Ultra Large Scale Integrated circuits)

GSIC 巨大规模集成电路也被称作极大规模集成电路或超特大规模集成电路(Giga Scale Integration)

导电类型不同

集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路,他们都是数字集成电路。

双极型集成电路的制作工艺复杂,功耗较大,代表集成电路有TTLECLHTLLST-TLSTTL等类型。单极型集成电路的制作工艺简单,功耗也较低,易于制成大规模集成电路,代表集成电路有CMOSNMOSPMOS等类型。

按用途

集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电

集成电路 路、电脑(微机)用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。

1.电视机用集成电路包括行、场扫描集成电路、中放集成电路、伴音集成电路、彩色解码集成电路、AV/TV转换集成电路、开关电源集成电路、遥控集成电路、丽音解码集成电路、画中画处理集成电路、微处理器(CPU)集成电路、存储器集成电路等。

2.音响用集成电路包括AM/FM高中频电路、立体声解码电路、音频前置放大电路、音频运算放大集成电路、音频功率放大集成电路、环绕声处理集成电路、电平驱动集成电路,电子音量控制集成电路、延时混响集成电路、电子开关集成电路等。

3.影碟机用集成电路有系统控制集成电路、视频编码集成电路、MPEG解码集成电路、音频信号处理集成电路、音响效果集成电路、RF信号处理集成电路、数字信号处理集成电路、伺服集成电路、电动机驱动集成电路等。

4.录像机用集成电路有系统控制集成电路、伺服集成电路、驱动集成电路、音频处理集成电路、视频处理集成电路。

5.计算机集成电路,包括中央控制单元(CPU)、内存储器、外存储器I/O控制电路等。

6.通信集成电路

7.专业控制集成电路

按应用领域分

集成电路按应用领域可分为标准通用集成电路和专用集成电路。

按外形分

集成电路按外形可分为圆形(金属外壳晶体管封装型,一般适合用于大功率)、扁平型(稳定性好,体积小)和双列直插型。

尚鼎除湿撰:ICBGA等集成电路的防潮存储,在各工厂中已越来越为工程人员所看重。对于ICBGAMSD的存储,同仁们大多数都了解其需要工业防潮箱进行存储。而且随着使用的时长,慢慢也都对相对应的IPC标准有一定的了解。而细心的同仁会发现。对于ICBGAMSD的防潮箱防潮柜干燥柜防潮存储要求,除了湿度条件之外,对温度同样有一些要求。那么,MSD的存储中,温度与湿度的关系是如何?有什么影响呢?

首先可以再来了解下IPC对于MSD存储的要求标准。如下表。这也是业内公认的标准。为众多企业所参照。

表中,规定了相对应等级的MSD相对应的车间寿命,以及所应存储的低湿要求。如3级的MSD25度的温度时,其50%RH时的车间寿命为7天,也即168小时。这个时间也就是各企业所遵循的标准使用时间。而存储要求,则是其车间寿命达到无穷的10%RH以下。

而细心的同仁们则会发现,在相同湿度下,不同的温度条件下会有不同的车间寿命。而且随着温度的上升,其车间寿命反而会减少。为什么会出现此状况?MSD的使用会有什么影响呢?

这就要分析下MSD的结构特性。MSD一般是由几种不同的材料构成,在不同的材料之间就会存储结合部位,也就会存储或大或小的缝隙。也就是这些缝隙的存在,才导致了MSD会有吸潮的可能。潮气即是藏纳于这些缝隙之间。

而这些缝隙,由于热帐冷缩的物理特性,在MSD温度上升时,都会导致器件材料的膨胀,虽然膨胀微小,但也会导致缝隙增大。虽然增大不多,但对于水分的容纳来说,已然足够。这也就导致了MSD的车间寿命变化。故在使用工业防潮箱防潮柜干燥柜的存储时,最好是没有热源产生,且对环境温度进行控制。25度左右的温度是业内普遍使用的标准。

而由IPC标准中可以看到,MSD的车间寿命会随着温度的上升而减少。但当温度达到100度以上时,由于此时湿度将会非常低,也就不存在车间寿命再减少的问题了。在此,也就可以了解到ICBGAMSD进行烘烤的IPC标准的附加条件了。如下表:

MSD的烘烤在125度时,没有湿度的条件。但在90度及40度时,则有5%RH以下的要求。其原因就是在小于100度时,随着温度的上升,其缝隙加大,如果设备内部湿度过高,则会有往芯片内加湿的危险。而事实上,也往往导致MSD出现众多问题。故则需要MSD低湿烘烤箱的专用设备。

关于IC存放事宜

一、IC真空密封包装的储存期限:

1、请注意每盒真空包装密封日期;

2、保存期限:12个月,储存环境条件:在温度 < 40℃,湿度 < 90% R.H; 3、库存管制:以先进先出为原则。

二、IC包装拆封后,SMT组装的时限:

1、检查湿度卡:显示值应少于20%(蓝色);

> 30%(红色),表示IC已吸湿气。

2SMT车间环境温湿度管制:在温度 22℃(±4℃),湿度 60% R.H(±20%)下作业;

2.2、不可耐高温包材,40℃(±3℃)192小时;

3、烘烤后,立即用于SMT生产,或放入适量干燥剂再密封包装,放入干燥柜内储存。

三、拆封后的IC组件,如未在48小时内使用完时:

1IC组件必须重新烘烤,以去除IC

件吸湿问题;

2、烘烤温度条件:

2.1、可耐高温包材,125℃(±5℃)24小时;

四、IC烘烤的温度、时间,使用要求、湿敏等级等

首先以来料包装说明的要求为准;

(如来料包装无说明的,则以本文为准)

五、外包装贴的湿气等级分类及拆封后的SMT使用期限:

3、拆封后,IC必须在48小时内完成SMT焊接程序;

4、每班领取IC数量不可超出当班的生产用量数;

5、拆封的IC、管装IC等必须放在干燥柜内储存,干燥柜内湿度< 20% R.H

 


责任编辑:Davia

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