Perché i tappi di disaccoppiamento non sono integrati nel pacchetto IC o IC?

Il titolo è probabilmente abbastanza buono, ma mi sono sempre chiesto perché i tappi di disaccoppiamento non sono integrati nel chip o almeno nella confezione IC?

L'integrazione di condensatori su un chip è costosa (hanno bisogno di molto spazio) e non molto efficiente (sei limitato a condensatori estremamente piccoli).
Il packaging non offre nemmeno la stanza, il condensatore sarebbe in mezzo al legame.

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miniaturizzazione del pacchetto IC è guidata dal mercato dei cellulari (centinaia di megadevice all'anno, se non un gigadevice). Vogliamo sempre pacchetti più piccoli, sia in area che in altezza. Basta aprire il cellulare per vedere qual è il problema. (Il mio telefono è sottile 1 cm, che include l'alloggiamento superiore e inferiore, un display, una batteria spessa 5 mm e tra questi c'è un PCB con componenti.) Puoi trovare pacchetti BGA alti meno di un mm ( questo pacchetto SRAM è 0,55 mm (!)). È inferiore all'altezza di un condensatore di disaccoppiamento 0402 100 nF.
Anche tipico di SRAM è che la dimensione del pacchetto non è standard. Trovi 8 mm * 6 mm, ma anche 9 mm * 6 mm. Questo perché il pacchetto si adatta al dado il più vicino possibile. Solo il dado plus su ogni lato di una frazione di mm per l'incollaggio. (A proposito, gli stampi BGA sono collegati su un PCB integrato, che instrada i segnali dai bordi alla griglia della sfera.)
Questo è un esempio estremo, ma altri pacchetti come TQFP non lasciano molto più spazio.

È anche molto più economico raccogliere e posizionare un condensatore sul PCB; lo stai facendo comunque per gli altri componenti.

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I materiali utilizzati nei chip sono ottimizzati per i semiconduttori, non per le cose necessarie nei condensatori (ovvero costanti dielettriche estremamente elevate). E anche se lo fossero, i condensatori su chip utilizzerebbero comunque molto spazio, rendendo i chip molto costosi. L'area relativamente ampia per un condensatore su chip dovrebbe passare attraverso tutte le fasi del processo necessarie per la funzionalità del chip originale. Pertanto, gli unici condensatori integrati nella struttura del chip sono quelli che possono essere comunque molto piccoli o quelli che devono essere tagliati in modo molto preciso a ciò a cui l'IC è destinato, ad esempio i condensatori di ridistribuzione della carica di un analogo di approssimazione successiva - convertitore digitale che deve anche essere tagliato mentre il chip è ancora in produzione.

Per cose come il disaccoppiamento delle rotaie di alimentazione del chip o il buffering del suo nodo di riferimento, dove il valore preciso del condensatore non importa troppo ma dove è necessario un prodotto C * V elevato, è meglio posizionare alcuni condensatori accanto al circuiti integrati. Questi possono essere realizzati in materiale elettrolitico o ceramico tagliato per molta tensione di capacità * in un piccolo volume e fabbricato in un processo ideale per questi requisiti.

Quindi, ci sono ovviamente alcune tecniche di confezionamento ibrido in cui i condensatori ceramici sono posizionati su o nello stesso pacchetto con un IC, ma queste sono eccezioni in cui la lunghezza dei connettori dallo stampo attraverso un pacchetto IC standard e presa a un cappuccio su la scheda sarebbe già troppo lunga e avrebbe troppa induttanza, o laddove il produttore dell'IC non volesse fare affidamento sui progettisti delle schede per leggere effettivamente le loro schede tecniche e le note applicative su dove devono essere posizionati i tappi in modo che l'IC possa soddisfare i propri specifiche.

C'erano prese IC con condensatori di disaccoppiamento integrati. Non le vedo da anni

Se la domanda è perché i tappi di disaccoppiamento non sono incapsulati insieme al dado nella confezione, direi che il motivo principale è l'economia - nella maggior parte dei casi, non c'è molto di un miglioramento delle prestazioni per portare il condensatore a bordo (invece di averlo sul PCB) - quindi il costo aggiuntivo (nello sviluppo del processo, nel collaudo e nel costo dei beni) non porta alcun vantaggio al consumatore e aumenta semplicemente il costo del dispositivo.

Anche i processi di imballaggio esistenti dovrebbero essere modificati per accogliere anche il chip in-package. Ciò aggiungerebbe una quantità significativa di costi per nuovi o modifiche degli strumenti esistenti (macchine, stampi, apparecchiature di ispezione e così via) --- solo per aggiungere quel condensatore aggiuntivo.

Per quanto riguarda il posizionamento dei condensatori direttamente sulla matrice, lo spazio della matrice è più prezioso come transistor che come condensatore. Ancora una volta, per la capacità, stai meglio con esso al di fuori della confezione dello stampo principale.