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Diversi tipi di imballaggio IC, come scegliere uno?(Tutorial In 2021)

Quasi ogni circuito elettronico è composto da IC (circuito integrato) e CI sono diventati un elemento essenziale in elettronica avanzata.

La progettazione e lo sviluppo di circuiti integrati si sono rigorosamente evoluti nel corso degli anni; CI sono diventati compatti, meno consumo di energia, e più funzionale.

Ma questo cambiamento è arrivato con l’evoluzione nel packaging IC; il packaging IC si è evoluto nel tempo. Oggi, i progettisti possono scegliere tra i tipi di imballaggio secondo la fattibilità del progetto.

Ma in che modo i tipi di imballaggio IC influenzano l’efficienza dei circuiti elettronici?

La risposta rimane con le caratteristiche del packaging IC.

Ogni pacchetto ha caratteristiche diverse che in un modo o nell’altro rendono il circuito più efficace.

Ma prima di procedere ai dettagli tecnici; come i pacchetti IC differiscono, prima capiamo le basi.

Che cos’è l’imballaggio IC?

I circuiti integrati sono sviluppati con semiconduttori piccoli e delicati.

Date le piccole dimensioni dei semiconduttori, una connessione fisica tra i chip semiconduttori e il circuito è difficile e poco pratica.

Inoltre, i chip devono essere protetti dalla corrosione e da qualsiasi contatto elettrico indesiderato.

Per proteggere i chip e sviluppare pin IC in modo che il semiconduttore possa essere collegato al circuito, sono alloggiati all’interno di un pacchetto.

Il pacchetto può essere più piccolo delle vostre unghie o può essere più grande; a seconda del tipo di pacchetto.

L’evoluzione nel packaging IC iniziato nel 1970 e da allora, i pacchetti IC si sono evoluti a tal punto che oggi, una scheda di memoria Micro SD contiene molti più dati di un enorme disco rigido ha fatto nel 20 ° secolo.

 Imballaggio IC

IC Packaging

IC

Tipi di IC Packaging

Principalmente, ci sono solo due tipi di pacchetti IC: foro passante e SMD (surface mount device) ma ci sono più sottotipi.

Dispositivi a foro passante

Tradizionalmente, i dispositivi a foro passante sono comunemente utilizzati. Hanno gambe abbastanza estese per passare attraverso i fori nel PCB (circuito stampato). I dispositivi sono posizionati su un lato del PCB e saldati sull’altro lato.

Poiché i componenti a foro passante sono semplici, sono meno costosi rispetto ai dispositivi a montaggio superficiale.

Questo è il motivo per cui la maggior parte dell’elettronica a basso costo utilizza componenti a foro passante.

Tuttavia, i componenti a foro passante sono molte volte più grandi dei dispositivi a montaggio superficiale, il che significa che richiedono più spazio a bordo.

Alcuni dei tipi comuni di pacchetti a foro passante sono i seguenti.

DIP (Dual In-line Package)

Il nome DIP deriva dalla sua architettura; i pin sono disposti in ordine doppio/parallelo.

DIP è anche conosciuto come DIL e DIPP.

Il numero di pin è solitamente in un multiplo di quattro, l’alloggiamento è tipicamente rettangolare.

Tuttavia, la forma può essere diversa per alcuni dispositivi; a seconda dell’architettura interna.

I perni si estendevano dall’interno ad angolo retto verso il basso.

La distanza tra tutti i pin adiacenti è di 0,1″.

DIP ha ulteriori sottotipi, ma i tipi più comuni sono MDIP (pacchetto dual in-line stampato) e PDIP (pacchetto dual in-line in plastica).

Pacchetto foro passante standard

Il pacchetto foro passante standard è il tipo di pacchetto foro passante più comunemente utilizzato nella produzione industriale.

Il pacchetto standard del foro passante mantiene un 0.1 ” distanza tra pin adiacenti ma non esiste un ordine specifico di pin come in DIP.

Pacchetto termoretraibile

I componenti del pacchetto termoretraibile sono uguali ai componenti a foro passante standard, tranne che i componenti termoretraibili sono più piccoli e hanno una distanza di 0,07″ tra i pin. L’imballaggio termoretraibile viene solitamente utilizzato per componenti che hanno diversi pin e devono essere sviluppati in dimensioni più piccole.

ZIP (pacchetto in linea a zigzag)

I componenti ZIP hanno anche pin estesi all’esterno, verso il basso ma sono un po ‘ girati vicino alla parte superiore. I componenti ZIP non hanno guadagnato popolarità a causa della loro architettura piegata che ha causato complicazioni durante il processo di assemblaggio.

Tuttavia, nei primi anni del suo sviluppo, i componenti ZIP erano preferiti nello sviluppo di DRAM (dynamic random access memory). Ma oggi, i componenti ZIP sono raramente o non sono più sviluppati a causa della mancanza di domanda.

 Imballaggio IC

IC Packaging

SMT (Surface Mount Technology)

Surface Mount Technology è la seconda tecnologia più comunemente utilizzata di IC packaging per la produzione su scala commerciale.

I componenti sviluppati con SMT sono denominati SMD (surface mount devices).

Gli SMD sono compatti e costosi rispetto agli imballaggi a foro passante. Ma le loro dimensioni compatte consentono anche lo sviluppo di circuiti enormi su piccoli circuiti stampati.

Inoltre, non richiedono la perforazione del foro per la saldatura del perno; tutti i perni e l’imballaggio si trovano sullo stesso lato del bordo.

I componenti vengono prelevati, posizionati e assemblati sul PCB utilizzando attrezzature speciali.

Il processo di fabbricazione richiede meno tempo, ma date le piccole dimensioni degli SMDS, la fabbricazione può essere impegnativa.

Quando più SMD sono posizionati più vicino, possono sorgere problemi e anche il loro rilevamento è difficile.

Due facilità SMD montaggio e rilevamento dei guasti, a forma di L pacchetto di piombo e palla griglia Array sono utilizzati. Entrambi i tipi sono comunemente usati su scala industriale.

Pacchetto di piombo a forma di L

Come suggerisce il nome, i cavi/pin di questi SMD sono a forma di L. Si estendono dall’alloggiamento del componente, vanno verticalmente verso il basso e quindi prendono un angolo retto; diventando paralleli alla scheda che forma una forma a L.

Questa L-forma tiene i cavi in una direzione orizzontale ai bordi che facilita il processo di montaggio.

I pacchetti di piombo a forma di L sono comunemente usati nella memoria ad accesso casuale e nello sviluppo della memoria flash di potenza.

BGA (Ball Grid Array)

BGA imballaggio trasporta un chip SMD, ma in modo diverso; i perni non sono l’unica parte che viene a contatto con il fondo, invece l’intero fondo di BGA si trova sulla scheda. Il fondo è composto da piccoli cavi che formano il contatto con il circuito.

BGA imballaggio è comunemente usato in applicazioni ad alta velocità soprattutto computer. Possono essere visti sulle schede madri nei computer.

Come in altri tipi di pacchetti, anche l’alloggiamento BGA varia leggermente da IC a IC, ma in genere viene utilizzato un alloggiamento in plastica per racchiudere il chip SMD.

 Scheda Arduino Nano sviluppata con SMD

Scheda Arduino Nano sviluppata con SMDs

Scheda Arduino Nano sviluppata con SMDs

Materiale di imballaggio IC

Solo il modo in cui lo sviluppo IC è un processo tecnico, lo sviluppo del pacchetto IC è anche un processo ampiamente tecnico.

Il materiale dell’imballaggio IC determina le sue caratteristiche che influenzano l’efficienza del circuito.

Alcuni dei materiali di imballaggio IC comunemente utilizzati sono i seguenti.

Materiali utilizzati negli imballaggi IC

In genere, alcuni tipi di materiali vengono utilizzati negli imballaggi IC.

Ad esempio, vetro e ceramica sono usati come isolanti. Allo stesso modo, metalli e polimeri sono usati come conduttori.

Mentre i compositi sono utilizzati per il miglioramento termico e la conduzione.

Materiale Patch

I materiali Patch sono tessuti, utilizzati per coprire un’apertura indesiderata nella confezione IC.

In genere, il materiale piezoelettrico viene utilizzato nell’imballaggio IC come materiale patch. Tuttavia, ci sono molti altri materiali patch utilizzati nella confezione IC.

IC Packaging Sealant

Come suggerisce il nome, il sigillante è un adesivo/legame che sigilla l’intero imballaggio.

Funziona proprio come qualsiasi adesivo / bond sigilla tutto ciò che si desidera sigillare e proteggere da acqua o umidità.

L’ordine del giorno di utilizzare un sigillante in IC imballaggio non è diverso; è quello di proteggere il chip semiconduttore contro l’umidità e l’acqua.

Poiché il chip semiconduttore è delicato e può facilmente arrugginire, il sigillante aiuta a proteggerlo dalla ruggine.

Inoltre, il sigillante mantiene l’imballaggio interno a tenuta d’aria.

In genere i sigillanti siliconici vengono utilizzati negli imballaggi IC in quanto sono altamente resistenti e affidabili. Tuttavia, altri tipi di sigillanti sono utilizzati anche negli imballaggi IC.

Dispositivi a foro passante VS dispositivi a montaggio superficiale, Principali differenze

Come detto sopra, ci sono una serie di differenze nell’aspetto fisico e nel modo in cui entrambi i pacchetti formano il contatto con il circuito.

Ma oltre a queste differenze, alcuni altri fattori devono essere considerati quando si sceglie uno.

I dettagli approfonditi di questi fattori sono spiegati come segue.

Dimensione del componente

Come già spiegato, gli SMD sono molto più piccoli rispetto ai componenti a foro passante.

La loro dimensione in miniatura riduce ampiamente lo spazio necessario per il montaggio che riduce le dimensioni complessive della scheda.

Per i progetti con limitazioni di dimensione, l’imballaggio del dispositivo a montaggio superficiale è più fattibile.

Densità dei componenti

L’imballaggio a montaggio superficiale è molto più piccolo dell’imballaggio a foro passante, motivo per cui l’imballaggio a montaggio superficiale può essere inserito in diversi componenti e tuttavia rimane più piccolo del pacchetto a foro passante.

Apparentemente, l’imballaggio a montaggio superficiale consente il raggiungimento della funzionalità con un minor consumo di spazio.

Rilevamento degli errori

Nonostante l’ampia cura e le misurazioni, lo sviluppo di circuiti elettronici è soggetto a errori.

Che si tratti di un circuito basato su imballaggio a montaggio superficiale o di un circuito basato su imballaggio a foro passante, si possono verificare guasti in entrambi. Ma la differenza arriva nel rilevamento e nella correzione degli errori.

Le dimensioni ridotte dell’imballaggio a montaggio superficiale causano difficoltà nel rilevamento degli errori poiché tutti i componenti sono estremamente piccoli e i perni sono troppo vicini.

Mentre nell’imballaggio a foro passante, la dimensione complessiva dell’imballaggio è relativamente più grande e la distanza tra i perni è maggiore.

Questa distanza maggiore tra i pin consente un facile rilevamento degli errori in quanto ogni pin può essere avvicinato facilmente.

Capacità di resistere ai segnali elettromagnetici

I segnali elettromagnetici possono entrare nei circuiti integrati e influenzarne il funzionamento. È essenziale considerare la compatibilità elettromagnetica di un imballaggio IC per garantire che sia fattibile per il circuito desiderato.

L’imballaggio a montaggio superficiale ha una migliore compatibilità elettromagnetica rispetto all’imballaggio a foro passante.

Significa che i componenti a montaggio superficiale sono meno inclini ai segnali elettromagnetici, quindi sono più efficienti.

Questo perché i dispositivi a montaggio superficiale hanno un percorso di ritorno più breve.

Costo del prodotto

Come già spiegato l’imballaggio a foro passante è relativamente meno costoso, il che aiuta a ridurre il costo complessivo del prodotto.

Oltre a ciò, vi sono altri risparmi sui costi associati all’uso di imballaggi a foro passante.

Ad esempio, l’assemblaggio di componenti a foro passante non richiede attrezzature costose come una macchina pick-and-place.

 SMD e attraverso-foro Pacchetti di NE555 Timer IC

SMD e attraverso-foro Pacchetti di NE555 Timer IC

SMD e attraverso-foro Pacchetti di NE555 Timer IC

Come scegliere un adatto tipo di IC imballaggio?

Come spiegato sopra, ci sono diverse differenze tra il foro passante e l’imballaggio a montaggio superficiale e il progettista deve considerare più parametri.

Apparentemente, la scelta del giusto tipo di imballaggio IC può aiutare a risparmiare sui costi, ma un tipo scelto erroneamente può causare alcuni problemi di compatibilità e aumentare il costo del prodotto.

Il ruolo del packaging IC non può essere trascurato per quanto riguarda l’efficacia dell’IC.

L’imballaggio mantiene l’IC sicuro e protetto, lo protegge dalle sollecitazioni meccaniche e dalla corrosione. Complessivamente questi fattori confermano il ruolo del packaging IC nel migliorare l’affidabilità del circuito.

Questo è il motivo per cui i progettisti devono scegliere un tipo adatto di imballaggio IC prima di acquistare componenti.

Di seguito sono riportati i fattori dettagliati che i progettisti devono considerare durante la scelta dell’imballaggio IC.

  • Il numero di pin(ingressi e uscite) deve essere considerato. In genere, i BGA hanno un numero elevato di pin mentre i componenti di imballaggio QFN (quad-flat no-leads) hanno un numero inferiore di pin. In caso di limitazioni, il pacchetto QFN è più adatto, ma se si preferisce un conteggio dei pin elevato, il pacchetto BGA è più fattibile.
  • Le specifiche termiche di un IC variano da confezione a confezione. Non è essenziale se il circuito deve funzionare a una temperatura nominale e non è soggetto a riscaldamento o raffreddamento eccessivi. Ma nel caso di circuiti che sono inclini a condizioni atmosferiche estreme, la gestione del calore dell’imballaggio deve essere considerata. Inoltre, i componenti più piccoli possono danneggiare durante la saldatura mentre la loro temperatura aumenta. Quindi, l’imballaggio IC deve essere scelto secondo le specifiche termiche. Si consiglia di utilizzare l’imballaggio BGA per un’elevata dissipazione del calore.
  • Un altro fattore importante è la velocità operativadel circuito. Mentre si sceglie un imballaggio IC adatto, considerare sempre l’I/O ad alta velocità. Ancora una volta, per i circuiti ad alta velocità, si consiglia di utilizzare l’imballaggio BGA.
  • Infine, considerare il tempo necessario per assemblare il circuito. In alcuni progetti, le scadenze sono brevi o più circuiti devono essere sviluppati in breve tempo. Dato il breve tempo che l’imballaggio del foro passante richiede per assemblare, i componenti del foro passante sono più adatti.

IC Packaging Selection; Take-away chiave

Il ruolo di IC Packaging funzionamento in-circuit è molto più di un semplice alloggiamento IC; colpisce l’efficienza dell’intero circuito.

Senza un adeguato imballaggio IC, l’IC è soggetto a effetti ambientali, segnali elettromagnetici e sollecitazioni meccaniche.

Inoltre, l’imballaggio IC ha un ruolo importante nel processo di assemblaggio.

Alcuni imballaggi IC sono più convenienti da montare mentre alcuni sono relativamente complicati.

Ma tutti i tipi di imballaggio hanno pro e contro. Il progettista deve considerare le caratteristiche dell’imballaggio IC e le specifiche del circuito prima di scegliere un imballaggio IC.

Quando si tratta di compattezza e resistenza del segnale elettromagnetico, gli SMD sono adatti.

Ma i componenti del foro passante sono più adatti se il costo complessivo deve essere mantenuto minimo e il processo di assemblaggio deve essere semplice e meno dispendioso in termini di tempo.

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