Интегральные схемы (ИС) являются важнейшим элементом современного электронного оборудования и широко используются в смартфонах, бытовой технике и другом оборудовании. Однако интегральные схемы представляют собой лишь часть сборки — корпус ИС не менее важен. Корпус ИС не только защищает компоненты ИС, но и помогает в электрическом соединении между чипом и устройством. Типы корпусов ИС развивались на протяжении многих лет под влиянием требований миниатюризации, рассеивания тепла и повышения электронных характеристик электронных устройств.

В этом подробном руководстве мы рассмотрим различные типы корпусов ИС, их характеристики и правила, которым следует следовать при проектировании и выборе правильного корпуса ИС.

Что такое корпус ИС?

Корпус ИС — это физическое устройство, содержащее интегральную схему (ИС) и обеспечивающее электрические соединения. Такая упаковка выполняет двойную функцию: защищает ИС и способствует рассеиванию тепла, тем самым облегчая правильное электрическое соединение с чипами и электронными устройствами.

Типы и размеры корпусов ИС

На рынке доступно множество типов корпусов ИС, каждый из которых оптимизирован для разных целей и для разных потребностей в производительности. Ниже приведены примеры распространенных типов корпусов ИС, используемых в современных устройствах.

Устройство поверхностного монтажа (SMD)

Корпус SMD (Surface Mount Device) — широко используемый тип корпуса ИС, который можно напрямую припаять к поверхности печатной платы (PCB) без монтажных отверстий. Корпус SMD очень компактен и может использоваться в низкопрофильных конструкциях. Такие корпуса могут поддерживать широкий спектр интегральных схем и эффективно отводить тепло.

Корпус с двухрядным расположением выводов (DIP)

Корпус DIP является одним из старейших типов корпусов ИС, и он широко используется и сегодня. Корпус DIP ИС обеспечивает два ряда of штырьки параллельно, что позволяет легко вставить их в сквозное отверстие печатной платы. Хотя корпуса DIP больше корпусов SMD, они по-прежнему используются в приложениях, где сборка и ремонт могут выполняться вручную, как правило, для низкочастотных и низкопрофильных схем.

Микросхема с малыми контурами (SOIC)

Корпус SOIC — это корпус SMD, который имеет меньшую и более тонкую конструкцию, чем корпус DIP. Корпус SOIC — один из наиболее распространенных стилей корпусирования ИС, используемых в современной электронике от коммуникационного оборудования до автомобильных приложений из-за компактного размера и эффективности рассеивания тепла. Значение SOIC относится к его небольшому контурному дизайну, который является низкопрофильным, благодаря чему он является лучшим решением для электронных устройств.

Пакет малого плана (SOP)

Корпуса SOP похожи на корпуса SOIC, но обычно имеют больше контактов, чем корпуса SOIC, поэтому они подходят для микросхем с большим количеством контактов. Корпуса SOP, также для поверхностного монтажа, созданы для совместимости с автоматизированными процессами сборки, такими как сборка SMT. Корпуса SOP широко используются для различных электронных устройств, чтобы найти хороший компромисс между малым размером и плотностью контактов.

Четырехплоский корпус (QFP)

QFP — это плоский корпус, имеющий выводы на четырех сторонах корпуса. Стиль упаковки ИС QFP часто используется в еще более производительных приложениях, поскольку он позволяет использовать еще больше выводов. Эти корпуса выпускаются в нескольких различных размерах для универсальных приложений. Корпуса QFP предназначены для высокочастотных схем и идеально подходят для приложений, требующих прочных электрических соединений.

Четырехплоские, без выводов (QFN)

Корпус QFN по сути является корпусом QFP, но не имеет никаких штырьков вокруг корпуса. Площадки не являются обычными, а скорее площадками в стиле корпуса QFN IC, и они ориентированы в нижней части корпуса для поверхностного монтажа. Этот корпус особенно идеален для низкопрофильных конструкций и широко используется в высокоскоростных приложениях с высоким тепловыделением.

Малогабаритный транзистор (SOT)

Корпуса SOT в основном применяются для транзисторов, но другие типы интегральных схем также могут быть упакованы в этот корпус. Это низкопрофильный, компактный корпус SMD для приложений с ограниченным пространством. Корпуса SOT обычно используются в низкочастотных, маломощных схемах и могут быть смонтированы с использованием технологии поверхностного монтажа (SMT).

Матрица шариковых выводов (BGA)

Ball grid Array (BGA) — это относительно новый тип корпуса ИС для высокопроизводительных приложений. Корпус BGA ИС представляет собой сетку из шариков или выступов, припаянных к нижней стороне корпуса. Этот корпус обеспечивает как хорошее рассеивание тепла, так и высокоскоростные электрические соединения. BGA широко применяется для высокочастотных и высокоплотных схем, таких как графические процессоры и микропроцессоры для современных электронных устройств.

Пакет IC содержит какую информацию

Типовой корпус интегральной схемы (ИС) включает в себя следующие компоненты и детали.

1. Интегральная микросхема (ИС-чип)

Основная функциональность: Центральный компонент корпуса, содержащий фактическую электронную схему.

Слои вафель: Чип изготавливается из серии микропластин, содержащих транзисторы, конденсаторы, резисторы и другие компоненты.

Цель защиты: Основная цель упаковки — защитить микросхему от механических повреждений, влаги, пыли и других внешних факторов.

2. Расположение выводов или контактных площадок

Метод электрического подключения: Это относится к интерфейсу между корпусом ИС и печатной платой (ПП), обычно в виде штырьков или контактных площадок.

Количество и расположение штифтов:

DIP (корпус с двумя рядами выводов): Двойные ряды прямых штифтов.

QFP (четверной плоский пакет): Плоские выводы со всех четырех сторон.

BGA (шариковая сетка): Шарики припоя, расположенные в сетке под корпусом.

Назначение функции: Каждый штырь или контактная площадка выполняет определенную функцию, например, подачу питания, заземление, входные/выходные сигналы или сигналы управления, которые обычно подробно описаны в техническом описании.

3. Размеры упаковки

Внешние размеры:

Включает длину, ширину и высоту, обычно измеряемые в миллиметрах или дюймах.

Подача и макет:

Шаг выводов — это расстояние между центрами соседних выводов, которое имеет решающее значение для проектирования печатной платы.

Компоновка контактных площадок определяет форму и положение контактных площадок для правильного выравнивания.

Совместимость: Размер корпуса определяет, соответствует ли он дизайну печатной платы.

4. Тепловые свойства

Управление теплом: Микросхемы выделяют тепло во время работы, поэтому конструкция корпуса должна включать решения по управлению тепловым режимом для поддержания производительности и надежности.

Тепловые решения:

Охладители: Металлические ребра или проводящие материалы для отвода тепла от поверхности чипа.

Термопрокладки: Некоторые корпуса имеют специальные термопрокладки в нижней части для улучшения рассеивания тепла.

Тепловое сопротивление: Характеристики упаковки часто включают значения теплового сопротивления (например, θJA и θJC), указывающие эффективность передачи тепла от чипа в окружающую среду.

5. Маркировка и этикетки

Идентификационная информация:

Напечатанная на поверхности упаковки информация, включая номер модели ИС, номер партии, дату производства и логотип производителя, облегчает идентификацию и отслеживаемость.

Стандартное соответствие: На упаковках могут быть символы, указывающие на соответствие таким стандартам, как RoHS (Ограничение содержания опасных веществ).

Знаки по борьбе с подделкой: Высококачественные ИС могут иметь защитные метки, такие как лазерная гравировка или QR-коды, для проверки подлинности.

Ориентационные знаки: Например, на корпусах BGA часто имеются точки или выемки, указывающие правильную ориентацию установки.

6. Материалы упаковки и механические свойства

Состав материала: Упаковки часто изготавливаются из пластика, керамики или металла, каждый из которых обладает различной механической прочностью и свойствами теплового расширения.

Долговечность: Механическая конструкция гарантирует, что чип выдержит вибрацию, удары и длительные условия эксплуатации.

Уплотнение: Некоторые корпуса, например керамические, обеспечивают более высокую герметичность, что делает их пригодными для высоконадежных применений в аэрокосмической и военной отраслях.

Правила, которым необходимо следовать при проектировании корпусов ИС

Существует множество правил для проектирования корпусов ИС, поэтому корпус должен быть совместим на уровне печатной платы, иметь наименьшее количество коротких электрических соединений и иметь отличные механические причины. Они включают в себя — но не ограничиваются — следующие ключевые соображения:

Совместимость с компоновкой печатной платы: Убедитесь, что размер корпуса соответствует свободному месту на печатной плате, а расположение выводов соответствует проекту.

Рассеивание тепла: Учитывайте требования к отводу тепла и выбирайте комплектацию с соответствующим решением по управлению тепловым режимом.

Плотность выводов: Выберите тип корпуса ИС, который может вместить необходимое количество выводов.

Размер посылки: Выберите корпус, который сочетает в себе экономичность и производительность. Корпуса меньшего размера, такие как QFN и BGA, стоят дороже, но обеспечивают лучшую производительность в высокоскоростных приложениях.

Надежность: Учитывайте такие факторы, как механическое напряжение, вибрация и колебания температуры, которые могут повлиять на производительность упаковки.

Как выбрать правильный корпус ИС?

Выбор правильного корпуса IC требует понимания требований приложения, включая производительность, размер и бюджет. Вот несколько советов по выбору правильного корпуса IC:

1. Требования к производительности: Для высокоскоростных или высокочастотных приложений рассмотрите корпуса BGA, QFP или QFN, которые обеспечивают лучшее электрическое соединение и отвод тепла.

2. Ограничения по размеру: Для конструкций малой высоты идеально подходят корпуса SMD (такие как SOIC или SOP), позволяющие минимизировать занимаемое пространство.

3. Метод сборки: Если требуется SMT-монтаж, можно выбрать SMD-корпуса, совместимые с автоматизированными процессами, такими как SOIC, QFP и BGA.

4. Соображения стоимости: Для проектов с ограниченным бюджетом пакеты DIP и SOP могут оказаться более экономичным решением без ущерба для основных функциональных возможностей.

Заключение

Наконец, корпус ИС является одним из важнейших компонентов современной электроники, который влияет на производительность, стоимость и надежность электронных устройств. Типы корпусов ИС варьируются от корпусов SMD до корпусов BGA, каждый из которых предлагает преимущества для определенных приложений и многое другое, что вы также можете рассмотреть.

Знание различных доступных вариантов, таких как тип корпуса ИС SOIC, корпус ИС QFP и QFN, поможет разработчикам выбрать ИС. корпус, который соответствует их целям. В конечном итоге, выбор правильного корпуса ИС означает сохранение производительности и срока службы интегральных схем, стоящих за наиболее важными технологиями в нашей жизни.