Chips (integrierte Schaltkreise, ICs), Gehäuse und Leiterplatten (PCBs) sind in elektronischen Geräten eng miteinander verbunden, haben aber unterschiedliche Funktionen und Aufgaben. Der detaillierte Designprozess ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
1. Der Zusammenhang zwischen den drei
Chip und Gehäuse: Ein Chip ist ein integriertes elektronisches Bauelement, typischerweise aus Halbleitermaterialien gefertigt, und enthält mehrere Funktionseinheiten wie Transistoren und Kondensatoren. Das Gehäuse (Packaging) umschließt den Chip mit einer äußeren Schutzhülle, um ihn vor Umwelteinflüssen zu schützen und Anschlüsse (Pins oder Kugeln) für externe Schaltungen bereitzustellen. Die wichtigste Funktion des Gehäuses ist der Schutz, gefolgt von der Wärmeableitung.
Chip und Leiterplatte: Nach der Gehäusefertigung wird der Chip üblicherweise auf einer Leiterplatte (PCB) montiert. Eine Leiterplatte besteht aus einem isolierenden Substrat und Leiterbahnen, auf denen verschiedene elektronische Bauteile wie Chips, Widerstände und Kondensatoren angebracht werden können. Der Chip wird durch Löten oder andere Verbindungsmethoden auf der Leiterplatte befestigt und mit anderen Bauteilen oder Schaltungen zu einem kompletten elektronischen System verbunden.
2. Unterschiede zwischen den drei
Unterschiedliche Funktionen und Strukturen: Ein Chip ist ein integrierter Schaltkreis in einem elektronischen Gerät, der mehrere Funktionseinheiten enthält. Die Gehäusekonstruktion (Packaging) ist der Prozess, bei dem der Chip in ein äußeres Schutzgehäuse eingeschlossen wird und Pins oder Lötösen für den Anschluss an externe Schaltkreise bereitgestellt werden. Eine Leiterplatte (PCB) hingegen ist eine platinenartige Struktur, die zur Montage und zum Anschluss verschiedener elektronischer Bauteile dient.
Unterschiedliche Funktionen und Rollen: Ein Chip ist für die Ausführung spezifischer Funktionen zuständig, wie z. B. logische Operationen und Signalverarbeitung. Das Gehäuse bietet Schutz und stellt die Verbindungen für den Chip her. Eine Leiterplatte hingegen dient der Montage und Verbindung verschiedener elektronischer Bauteile zu einem kompletten elektronischen System.
3. Vier Hauptfunktionen von Verpackungen und Beispiele
1. Feststiftsystem
Damit ein Chip ordnungsgemäß funktioniert, muss er Daten mit externen Geräten austauschen. Hierbei spielt das Gehäuse eine entscheidende Rolle. Die Pins im Inneren eines Chips lassen sich natürlich nicht direkt mit einer Leiterplatte verbinden, da die Metallleitungen extrem dünn sind – typischerweise weniger als 1,5 Mikrometer (µm) und oft nur 1,0 µm. Nach dem Gehäuseeinbau werden die externen Pins jedoch mit Kupfer an die internen Pins gelötet. Dadurch kann der Chip indirekt mit der Leiterplatte zum Datenaustausch verbunden werden.
Externe Stiftsysteme verwenden typischerweise zwei verschiedene Legierungen: eine Eisen-Nickel-Legierung und eine Kupferlegierung. Erstere zeichnet sich durch hohe Festigkeit und Stabilität aus, während letztere eine bessere elektrische und thermische Leitfähigkeit bietet. Welches Stiftsystem gewählt wird, hängt von der jeweiligen Anwendung ab.
- Physischer Schutz
Chips werden durch ihre Verpackung vor Verunreinigungen durch Partikel und andere äußere Beschädigungen geschützt. Die primäre Methode des physischen Schutzes besteht darin, den Chip auf einer bestimmten Montagefläche zu befestigen und ihn zusammen mit seinen Anschlüssen und zugehörigen Pins in einem geeigneten Gehäuse einzuschließen. Der erforderliche Schutzgrad der Chipverpackung variiert je nach Anwendung, wobei Konsumgüter in der Regel die geringsten Anforderungen stellen.
3. Verbesserte Wärmeableitung
Wie wir alle wissen, erzeugen Halbleiterprodukte im Betrieb Wärme. Erreicht diese Wärme einen bestimmten Wert, kann dies den normalen Betrieb des Chips beeinträchtigen. Die verschiedenen Materialien des Gehäuses selbst können einen Teil dieser Wärme abführen. Bei den meisten Chips, die viel Wärme erzeugen, ist es jedoch neben der Kühlung durch das Gehäusematerial ratsam, zusätzlich einen Kühlkörper oder Lüfter aus Metall zu installieren, um eine noch bessere Wärmeabfuhr zu erzielen.
4. Umweltschutz
Eine weitere Funktion des Gehäuses besteht darin, den Chip vor Umwelteinflüssen zu schützen, indem es ihn vor Feuchtigkeit und anderen Gasen bewahrt, die seine normale Funktion beeinträchtigen und seinen Betrieb negativ beeinflussen könnten.
