Mengapa tutup decoupling tidak dimasukkan ke dalam paket IC atau IC?

48

Judulnya mungkin cukup bagus, tapi saya selalu bertanya-tanya mengapa tutup decoupling tidak dibangun ke dalam chip atau setidaknya kemasan IC?

decoupling-capacitor decoupling kenny
sumber
2
Terkadang mereka! Saya telah melihat CPU PC dengan mereka. Ini terlalu mahal untuk perangkat biasa, dan akan membuatnya terlalu besar.
Leon Heller
Seperti yang telah disebutkan orang, Anda bisa memasang penutup pada soket. Saya menemukan ini di RS pemasok lain mungkin menjualnya juga. Meskipun harganya lebih mahal maka hanya soket standar. Saya merasa bahwa biayanya mungkin tidak sepadan di industri dibandingkan dengan membeli soket dan tutup secara terpisah.
Dean
3
@Leon: Itu bisa menjadi jawaban dan bukan komentar :)
endolith
1
@endolith - itu adalah jawaban! jangan buat itu terlalu sulit untuk Leon. :-)
stevenvh

Jawaban:

37

Mengintegrasikan kapasitor pada sebuah chip mahal (mereka membutuhkan banyak ruang) dan tidak terlalu efisien (Anda terbatas pada kapasitor yang sangat kecil).
Kemasan tidak menawarkan ruangan juga, kapasitor akan menghalangi ikatan.

sunting
miniaturisasi paket IC didorong oleh pasar ponsel (ratusan layanan megade setahun, jika tidak gigadevice). Kami selalu menginginkan paket yang lebih kecil, baik di area maupun tinggi. Buka saja ponsel Anda untuk melihat apa masalahnya. (Ponsel saya setipis 1 cm, yang mencakup atas dan bawah perumahan, layar, baterai 5 mm, dan di antaranya ada PCB dengan komponen.) Anda dapat menemukan paket BGA kurang dari satu mm tinggi ( paket SRAM ini 0,55 mm (!)). Itu kurang dari ketinggian kapasitor decoupling 0402 100 nF.
Juga khas SRAM adalah bahwa ukuran paket tidak standar. Anda menemukan 8 mm * 6 mm, tetapi juga 9 mm * 6 mm. Itu karena paketnya cocok dengan cetakan sedekat mungkin. Hanya die plus di masing-masing sisi sepersekian mm untuk ikatan. (BTW, BGA dies diikat pada PCB terintegrasi, yang merutekan sinyal dari tepi ke grid bola.)
Ini adalah contoh ekstrem, tetapi paket lain seperti TQFP tidak meninggalkan ruang lebih banyak.

Ini juga jauh lebih murah untuk memilih dan menempatkan kapasitor pada PCB; Anda tetap melakukan ini untuk komponen lainnya.

stevenvh
sumber
akan menyenangkan untuk memiliki beberapa referensi, tetapi keramahtamahan, tidak diperlukan.
Kortuk
Apakah mungkin, pada beberapa paket chip, memiliki area cekung yang dicetak di bagian bawah paket di mana kapasitor dapat ditempatkan di papan? Itu tidak akan bekerja pada chip di mana paket dan mati hampir ukuran yang sama, tetapi pada banyak IC yang dikemas rongga die adalah sebagian kecil dari paket.
supercat
@Kortuk - biasanya Kortuk, selalu menginginkan lebih! :-) Masalahnya adalah bahwa produsen tidak membuat pernyataan mengapa mereka tidak mengintegrasikan kapasitor decoupling; bagi mereka itu sudah jelas.
stevenvh
Maaf, tapi saya tidak membeli "itu jelas ..." karena saya pikir itu pandangan sempit yang tidak melihat gambaran besarnya. Saya setuju tentang masalah ponsel dan pengepakan, itu mungkin benar. Sepertinya saya bahwa bahan yang memiliki kapasitansi yang diinginkan dapat dirancang ke dalam kemasan dan hanya terikat oleh kawat bonder. Mungkin itu tidak jelas atau mungkin lebih bodoh. Belum lagi, saya akan berpikir mereka membutuhkan lebih banyak ruang di papan daripada terintegrasi dengan cara apa pun.
kenny
@kenny - Saya katakan jelas bagi pabrikan, bukankah itu seharusnya bagi kita hanya manusia biasa. Dan tentang penutup eksternal yang membutuhkan lebih banyak ruang: itu hanya benar jika mereka tidak perlu memperbesar paket agar sesuai dengan kapasitor. Dan seperti yang saya jelaskan dalam contoh BGA, tidak ada ruang untuk menempatkan 0402, bahkan mungkin tidak ada 0201. Selain itu, yang terakhir tidak pergi ke 100 nF. (Saya juga bertanya-tanya apakah mesin pengikat tidak memerlukan permukaan yang rata.)
stevenvh
22

ϵr

Bahan yang digunakan dalam chip dioptimalkan untuk semikonduktor, bukan untuk hal-hal yang diperlukan dalam kapasitor (yaitu konstanta dielektrik yang sangat tinggi). Dan bahkan jika mereka, kapasitor on-chip masih akan menggunakan banyak ruang, membuat chip sangat mahal. Area yang relatif besar untuk kapasitor on-chip harus melalui semua langkah proses rumit yang diperlukan untuk fungsionalitas chip asli. Oleh karena itu, satu-satunya kapasitor yang dibangun di atas struktur chip adalah mereka yang bisa sangat kecil atau mereka yang harus dipangkas dengan tepat sesuai dengan apa yang dimaksudkan oleh IC, misalnya kapasitor redistribusi muatan dari analog-ke-berturut-turut. -digital converter yang bahkan harus dipangkas saat chip masih diproduksi.

Untuk hal-hal seperti decoupling dari supply rail chip atau buffering node referensi-nya, di mana nilai tepat kapasitor tidak terlalu penting tetapi di mana produk C * V yang tinggi diperlukan, lebih baik menempatkan beberapa kapasitor di sebelah IC. Ini dapat dibuat dari bahan elektrolit atau keramik yang dipangkas untuk banyak tegangan kapasitansi dalam volume kecil, dan dibuat dalam proses yang ideal untuk persyaratan ini.

Kemudian, tentu saja ada beberapa teknik kemasan hibrida di mana kapasitor keramik ditempatkan ke atau ke dalam paket yang sama dengan IC, tetapi ini adalah pengecualian di mana panjang konektor dari cetakan melalui paket IC standar dan soket ke penutup pada papan akan sudah terlalu panjang dan memiliki terlalu banyak induktansi, atau di mana produsen IC tidak ingin bergantung pada desainer papan untuk benar-benar membaca lembar data dan catatan aplikasi mereka tentang di mana tutup harus ditempatkan sehingga IC dapat memenuhi nya spesifikasi.

zebonaut
sumber
Terima kasih atas info itu, sangat membantu. Saya sebenarnya lebih memikirkan paket terintegrasi seperti pada paragraf terakhir Anda. Sepertinya vendor frame utama, maaf jika itu sudah tua, mungkinkah itu menjadi desain. Mungkin sesuatu tentang proses itu atau biaya untuk melakukannya adalah mengapa?
kenny
AFAIK, kapasitor disolder dalam paket hibrid, dan paket hibrida selalu mengandung semacam bahan papan, baik itu keramik atau mirip dengan FR4 (tetapi dengan karakteristik ekstensi termal yang lebih cocok dengan silikon). Dengan hanya dadu, rangka timah dan satu paket di sekitarnya, hanya ada ikatan, dan tidak ada solder. Saya tidak tahu apakah topi dapat benar-benar diikat.
zebonaut
12

Dulu ada soket IC dengan kapasitor decoupling built in. Belum pernah melihatnya bertahun-tahun, tho

masukkan deskripsi gambar di sini

lyndon
sumber
1
dapatkah Anda memberikan contoh atau tautan ke contoh soket IC lama ini?
Jeff Atwood
2
Pertanyaannya adalah tentang caps dalam IC (die) atau paket IC. Ini adalah soket IC, bukan paket. Soket ini mungkin telah diciptakan untuk menghemat ruang pada PCB sementara SMT belum menjadi norma, dan mereka terbatas pada paket logika umum di mana GND ada di pin (# total_pins / 2) dan VCC ada di pin (#total_pins)
zebonaut
1
@ Jeff - Saya menambahkan gambar ke jawaban lyndon. Alasan mengapa Anda tidak melihatnya lagi adalah bahwa mereka hanya berlaku untuk pinning tertentu, seperti Vcc pada pin 20, gnd pada pin 10. Biasanya blok bangunan LSTTL dan HCMOS. Memulai pin power seperti itu adalah ide yang sangat bodoh untuk memulai, dan itu tidak dilakukan lagi. IC modern dapat memiliki pin kekuatan mereka di mana saja, tetapi mereka sering ditempatkan lebih dekat bersama. Juga, ini DIL !, siapa yang menggunakannya lagi? :-)
stevenvh
1
@stevenvh, saya tahu itu bercanda, tapi ... kami masih menggunakan DIL, banyak! :( Saat mendesain dengan daya tinggi, ini merupakan biaya terendah yang dikatakan oleh mitra penyedia daya EE saya karena banyak komponen memerlukan melalui lubang dan karenanya lebih mahal untuk memiliki keduanya di board hebat.
kenny
1
ketika saya pertama kali melihat ini saya pikir itu adalah lelucon Photoshop
Joel B
6

Jika pertanyaannya adalah mengapa decoupling cap's tidak dienkapsulasi bersama dengan die dalam kemasan, saya akan mengatakan bahwa alasan utama adalah ekonomi - dalam banyak kasus, tidak ada banyak peningkatan kinerja untuk membawa kapasitor ke papan (sebagai gantinya memilikinya di PCB) - sehingga biaya tambahan (dalam pengembangan proses, pengujian, dan harga pokok) tidak membawa manfaat bagi konsumen dan hanya menambah biaya perangkat.

Proses pengemasan yang ada harus dimodifikasi untuk mengakomodasi chip dalam paket juga. Itu akan menambah jumlah biaya yang signifikan untuk modifikasi baru atau perkakas yang ada (mesin, cetakan, peralatan inspeksi, dan seterusnya) --- hanya untuk menambah kapasitor tambahan.

Adapun menempatkan kapasitor secara langsung pada die - bahwa ruang mati lebih berharga sebagai transistor daripada sebagai kapasitor. Sekali lagi, untuk kapasitansi, Anda lebih baik dengan itu di luar kemasan inti mati.

Toybuilder
sumber
@ siapa pun yang menurunkan ini - Akan lebih baik jika Anda memberi tahu kami mengapa Anda melakukannya. @Toybuilder dapat meningkatkan jawabannya.
stevenvh
3
Saya tidak melihat apa-apa di sini yang berhak memilih. Ini bukan jawaban yang bagus karena tidak menambah banyak hal baru atau lebih detail, tetapi itu juga tidak salah, tidak pantas, menghina, atau jahat. Saya hanya memberikan satu suara untuk membawanya kembali ke 0. Biasanya saya tidak akan memilih ini, tapi saya pikir meninggalkannya negatif itu tidak adil.
Olin Lathrop