SOIC-Gehäuse – Small Outline Integrated Circuit

Das SOIC-Gehäuse (Small Outline Integrated Circuit) ist eine der beliebtesten und am weitesten verbreiteten Oberflächenmontage-Gehäusearten in integrierten Schaltkreisen. Mit dem Übergang zu kleineren Abmessungen und einer höheren Bauteildichte auf Leiterplatten hat sich das SOIC-Gehäuse zu einer der Schlüsseltechnologien entwickelt.

In diesem Artikel erzählen wir Ihnen mehr über das SOIC-Paket, seine Hauptfunktionen, Vorteile, Anwendungsfälle, typischen Modifikationen und Vergleiche mit anderen Arten von IC-Paketen.

Was ist das SOIC-Paket?

Das SOIC-Gehäuse (Small Outline Integrated Circuit) gehört zu den SMD-Gehäusetypen für oberflächenmontierte integrierte Schaltkreise und wird in der modernen Elektronik häufig verwendet. Es hat eine rechteckige Form mit beidseitig herausragenden Stiften oder Leitungen.

SOIC bietet gegenüber herkömmlichen Gehäusen wie Dual-In-Line-Gehäusen (DIP) mehrere Vorteile. Es ist kompakter und ermöglicht so den Einsatz von Leiterplatten mit höherer Dichte. SOIC ermöglicht zudem eine bessere Wärmeableitung, da die Lötpads freiliegen und so die Wärmeleistung verbessert wird.

SOIC zeichnet sich durch kompakte Abmessungen aus, wobei der Abstand zwischen den Pins mit 1.27 mm ausreichend ist. Dieser einheitliche Standardabstand ermöglicht die effiziente Montage von SOIC-Gehäusen mithilfe automatisierter Fertigungsverfahren. Die Pins haben ein Flügeltürprofil, um die Stabilität und Stabilität bei der Oberflächenmontage auf Leiterplatten zu verbessern.

Die Gehäusebreiten typischer SOIC-Gehäuse variieren zwischen 3.9 mm für das kleinste SOIC-4-Gehäuse und 11.8 mm für größere SOIC-Gehäuse mit vielen Pins. Auch die Gesamtlänge hängt von der Anzahl der Pins ab. Alle Gehäuse der SOIC-Familie unterscheiden sich zwar physisch, haben aber alle den gleichen Pinabstand von 1.27 Millimetern.

SOIC ist derzeit eines der am weitesten verbreiteten SMT-Gehäuse, da es gegenüber älteren Gehäusen wie DIP Vorteile bietet. Dies ist möglich, da der korrekte Pin-Abstand zwar festgelegt ist, Form und Größe der Lötpads jedoch standardisiert werden können, wodurch die Platine in Produktionslinien montiert werden kann. Dies ermöglicht Schaltungen mit höherer Integrationsdichte auf einer einzigen Leiterplatte.

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Strukturelle Eigenschaften von SOIC

Sehen wir uns die wichtigsten Strukturelemente eines SOIC-Gehäuses genauer an:

• Korpus: Das Kunststoffgehäuse umschließt den Chip zum Schutz vor mechanischen Einflüssen und Umwelteinflüssen. An der Unterseite befindet sich ein standardisiertes Wärmeleitpad zur Wärmeableitung.

• Stifte: Diese dienen als elektrische Anschlüsse, die entlang der Längsseiten angeordnet sind. Gängige Pin-Konfigurationen sind SOIC-8, SOIC-14, SOIC-16, SOIC-20 und mehr, je nach IC-Design.

• Leadframe: Ein in die Form integrierter Kupfer-Leadframe liefert das innere Verdrahtungsmuster und unterstützt die Pins. Er ist üblicherweise mit Nickel/Palladium/Gold beschichtet, um Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten.

• Molding: Nach dem Einsetzen des Chips und dem Verbinden mit dem Anschlussrahmen wird der Körper durch ein Transfer- oder Spritzgussverfahren unter Verwendung von Epoxidverbindungen geformt.

• Markierung: Pakete werden zur Identifizierung und Rückverfolgbarkeit häufig im Siebdruckverfahren, mit Tintenstrahl- oder Lasermarkierungen mit Codes versehen.

Dieses robuste, aber optimierte Design macht SOICs für die Massenproduktion geeignet und ermöglicht gleichzeitig eine Miniaturisierung.

Vorteile des SOIC-Gehäuses

Dies sind einige der wichtigsten Vorteile, die SOIC-Pakete zu einer Standardwahl gemacht haben:

● SOICs maximieren die Komponentendichte auf Leiterplatten mit einem winzigen rechteckigen Footprint.

● SOICs ermöglichen kürzere Leiterbahnlängen für eine verbesserte elektrische Leistung bei geringerer Induktivität und Kapazität als ältere Durchsteckkonstruktionen.

● Das freiliegende Wärmeleitpad verbessert die Wärmeübertragung vom Chip zur Leiterplatte und gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb auch bei höherer Leistungsbelastung.

● Als JEDEC- und EIAJ-standardisiertes Paket sind SOICs vollständig kompatibel mit dem automatisierten Pick-and-Place- und Reflow-Löten, das in der Massenproduktion verwendet wird.

● Massenfertigungsprozesse haben die SOIC-Kosten gesenkt und bieten in Kombination mit ihrer geringen Größe und hohen Ausbeute eine kostengünstige Lösung.

● Die Kunststoff-Formkonstruktion schützt den Chip besser vor Beschädigungen und Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit als freiliegende Durchsteck- oder LED-Chips.

Anwendungen des SOIC-Pakets

Aufgrund ihrer Vielseitigkeit und der weit verbreiteten Übernahme von Standards werden SOIC-Pakete in zahlreichen Anwendungen in zahlreichen Branchen eingesetzt.

Dies sind einige der Hauptanwendungen.

1.    Elektronische Geräte

SOIC findet sich häufig in Smartphones, Laptops, Tablets und anderen Unterhaltungselektronikgeräten. Aufgrund seiner geringen Größe eignet es sich gut für Elektronik, die eine Miniaturisierung der Komponenten erfordert. Mikroprozessoren, Speicherchips, Logikbausteine ​​und mehr werden häufig in SOIC-Gehäusen verbaut.

2.    Automotive Electronics

Die Zuverlässigkeit und Widerstandsfähigkeit von SOIC gegenüber Vibrationen und Temperaturwechseln machen es zu einem beliebten Baustein für Automobilanwendungen wie Motorsteuergeräte, Infotainmentsysteme und Fahrerassistenzsysteme. Der breite Betriebstemperaturbereich trägt den thermischen Anforderungen von Automobilanwendungen Rechnung.

3.    Industrielle Ausrüstung

Die Widerstandsfähigkeit von SOIC unter rauen Bedingungen kommt auch in Industrieanlagen wie Fabrikautomationsgeräten, Laserschneidmaschinen, 3D-Druckern, Elektrowerkzeugen und vielem mehr zum Einsatz. SOIC-verpackte integrierte Schaltkreise bieten robuste Funktionalität in industriellen Umgebungen.

4.    Medizintechnik

Präzise medizinische Geräte wie Bildgebungssysteme, Patientenüberwachungsgeräte und chirurgische Instrumente profitieren von der hohen Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit von SOIC. Die geringe Größe ermöglicht zudem die Miniaturisierung der Medizintechnik.

5.    Kommunikationsinfrastruktur

SOIC wird aufgrund seiner hohen Leistungsdichte in Anwendungen häufig in Netzwerkroutern, Switches, Basisstationen und anderen Geräten verwendet, die das Rückgrat drahtloser und drahtgebundener Kommunikationssysteme bilden.

SOICs bieten ein ideales Gleichgewicht zwischen Größe, Leistung und Kosten für eine Vielzahl digitaler, analoger und Mixed-Signal-Anwendungen.

Gängige SOIC-Varianten

Es gibt mehrere Varianten des SOIC-Basispakets mit geringfügigen Modifikationen für unterschiedliche Anforderungen. Hier sind einige davon.

Diese Varianten verbessern das SOIC-Basisdesign für Anwendungen, die eine höhere Dichte, höhere elektrische Spezifikationen oder höhere Formfaktoren erfordern. Sie behalten die Pin-Kompatibilität mit dem ursprünglichen SOIC-Footprint bei.

Vergleich mit anderen IC-Paketen

Das SOIC-Gehäuse steht in direkter Konkurrenz zu mehreren anderen Gehäuselösungen für integrierte Schaltkreise und ist eine Erweiterung dieser.

Werfen wir einen genaueren Blick darauf, wie SOIC im Vergleich zu einigen gängigen IC-Gehäusetypen abschneidet:

TSSOP vs. SOIC

Das TSSOP gilt als Modifikation des SOIC-Gehäusetyps und ist für Anwendungen mit höherer Dichte vorgesehen. Wie der Name schon sagt, ist es weniger hoch als andere SOIC-Gehäuse (Standard Small Outline IC).

TSSOP-Gehäuse sind bei gleicher Pinanzahl bis zu 35 % kleiner. Dadurch können mehr integrierte Schaltkreise im gleichen Bereich der Leiterplatte untergebracht werden.

Das Erreichen engerer Toleranzen führt jedoch zu höheren Herstellungskosten für TSSOPs. Außerdem weisen sie aufgrund der dünneren Gehäusewände eine vergleichsweise geringere mechanische Festigkeit auf.

Für alle Anwendungen, die ein möglichst kleines Gehäuse zu angemessenen Kosten erfordern, wird TSSOP gegenüber SOIC bevorzugt. Dazu gehören Mobiltelefone, Tablets und andere tragbare und kompakte Geräte.

SOP vs. SOIC

Das Small Outline Package (SOP) hat die gleichen Umrissmaße wie SOIC, ist jedoch mit einem breiteren Gehäuse und einem größeren Pin-/Anschlussabstand spezifiziert.

Der erweiterte Footprint bietet Platz für insgesamt weniger Pins, typischerweise 8 bis 20. Dadurch eignet sich SOP gut für ältere lineare und allgemeine analoge ICs, die keine hohen Dichten erfordern.

Auch die Wärmeableitung ist aufgrund der geringeren Bauteilstapelung und des größeren Abstands zwischen den Anschlüssen besser als bei SOIC, wodurch mehr Wärme abgeführt werden kann.

Wenn Wärmemanagement oder eine geringe Pin-Anzahl im Vordergrund stehen, kann ein SOP-Gehäuse trotz des Verlusts der Dichtevorteile einem SOIC-Gehäuse vorzuziehen sein. Zu den gemeinsamen Ersatzprodukten zählen Spannungsregler.

SOIC im Vergleich zu DIP

Vor dem Aufkommen der Oberflächenmontagetechnik war das Dual In-line Package (DIP) von den 1960er- bis in die frühen 1990er-Jahre das am weitesten verbreitete Gehäuse mit Durchsteckmontagetechnik.

DIP IC wurde durch SOIC ersetzt, indem die in Löcher in der Platine eingesetzten Pins entfernt wurden. Dies führte zu kompakteren Schaltungslayouts mit deutlich niedrigerem Profil.

Außerdem wurden Selbstausrichtung und automatisiertes Reflow-Löten anstelle des manuellen Durchstecklötens implementiert, was die Herstellbarkeit verbesserte.

Die Abwärtskompatibilität stellte das größte Problem für die weitere Entwicklung von DIP dar. SOIC setzte sich als dominierendes Gehäuse durch, da es zwar die Miniaturisierung förderte, die Skalierbarkeit der Produktion jedoch nicht beeinträchtigte.

SOIC vs. QFP

Quad Flat Packages (QFP) bieten sogar noch mehr Anschlusszahlen als SOIC, da sie auf allen vier Seiten des Gehäuses Anschlüsse haben.

Dies ist deutlich mehr als die maximal etwa 50 Pins bei SOICs; die Pindichte von QFPs reicht von 100 bis über 1,000. Dadurch eignen sie sich gut für komplexe Mikroprozessoren, FPGAs und ähnliche Elemente.

Allerdings erfordert die QFP-Herstellung einen komplexeren Leadframe-Montage- und Formprozess als die SOIC-Designs.

Dies ist normalerweise ein übliches Szenario, obwohl es nicht immer der Fall ist; sie sind im Allgemeinen günstiger als die ersteren. SOIC ist nach wie vor die bevorzugte Verpackungslösung, wenn Größe, Kosten und andere Faktoren berücksichtigt werden.

Seit seiner Einführung vor Jahrzehnten hat sich das SOIC-Gehäuse zum allgegenwärtigen Standard in Milliarden von Elektronikprodukten weltweit entwickelt. Seine kompakten Abmessungen, die kostengünstige Herstellung und die Zuverlässigkeitsvorteile machen es ideal für kostensensible Anwendungen im Konsumgüter-, Automobil- und Industriebereich.

Verschiedene SOIC-Varianten sind bis heute in verschiedenen Technologien relevant. Die Miniaturisierung aller Gehäusehersteller wird die Integrationsgrenzen weiter verschieben. Der bewährte SOIC-Formfaktor dürfte jedoch auch in absehbarer Zukunft im Einstiegs- und Mittelklassesegment beliebt bleiben. Mit ihrer nahezu perfekten Kombination aus Größe, Leistung und Wirtschaftlichkeit bieten SOICs weiterhin praktische Lösungen für die Integration von mehr Schaltkreisen auf immer kleinerem Raum.