Корпус микросхем — это не просто прикрытие для чипа. Он поддерживает кремниевой кристалл, соединяет его с платой, защищает от стресса и влаги, а также помогает контролировать тепло. Структура корпуса, стиль крепления и тип клеммы влияют на размер, компоновку и сборку. В этой статье представлена информация о типах корпусов ИС, особенностях, тепловом потоке и электрических поведениях.
Обзор пакета IC
Корпус микросхемы удерживает и поддерживает кремниевой кристалл при подключении его к печатной плате. Он защищает штамп от физического напряжения, влаги и загрязнения, которые могут повлиять на производительность. Корпус также создаёт стабильные электрические пути для передачи питания и сигналов между чипом и остальной цепью. Кроме того, он помогает отводить тепло от кристалла, чтобы устройство могло работать в безопасных температурных пределах. Из-за этих функций интегральный комплекс влияет на прочность, электрическую стабильность и работу системы, а не только на физическую защиту.
Основные внутренние элементы интегрального пакета
• Кремниевой кристалл — содержит электронные схемы, выполняющие основную функцию
• Межсоединение — проводные соединения или выступы, которые передают питание и сигналы между кристаллом и клеммами упаковки
• Свинцовая рама или подложка — поддерживает штамп и направляет электрические пути к клеммам
• Инкапсуляция или форма — герметизирует внутренние части и защищает их от физических и экологических нагрузок
Основные семейства IC-пакетов
• Корпуса ИС на основе свинцовой рамы — формованные пластиковые корпуса, для изготовления внешних проводов используется металлический свинцовый каркас
• Корпуса ИС на основе подложки — корпуса ИС, построенные на ламинированных или керамических подложках для поддержки более плотной прокладки и увеличения количества контактов
• Корпуса ИС на уровне пластин и с рассеиванием — особенности корпуса ИС, формируемые на уровне пластины или панели для уменьшения размера и улучшения интеграции
Стили крепления корпуса ИС (сквозное отверстие против поверхностного)
Корпуса микросхем с сквозным отверстием имеют длинные выводы, проходящие через просверленные отверстия в плате и припаиваемые с другой стороны. Такой стиль создаёт прочную физическую связь, но занимает больше места на доске и требует более крупных планировок.
Корпуса микросхем для поверхностного крепления располагаются непосредственно на площадках плат и паяются без отверстий. Этот стиль поддерживает меньшие размеры упаковок, более плотное размещение и более быструю сборку в большинстве современных моделей.
Типы завершения пакета IC
Поводки «чайки»
Выводы «крыла чайки» выходят наружу с боков корпуса ИС, что позволяет легко заметить пайки по краям. Это способствует более простому осмотру и облегчености проверки пайных соединений.
J-Leads
J-выводы изгибаются внутрь под краем корпуса ИС. Поскольку паяные соединения менее заметны, осмотр более ограничен по сравнению с открытыми типами свинца.
Нижние колодки
Нижние колодки — это плоские контакты под корпусом ИС, а не по бокам. Это уменьшает размер площади, но требует точного размещения и контролируемой пайки для надёжных соединений.
Шаровые массивы
Шаровые массивы используют паяные шарики под корпусом ИС для формирования соединений. Это поддерживает большое количество соединений в небольшом пространстве, но после сборки соединения трудно увидеть.
Типы и особенности корпуса IC
| Тип корпуса IC | Структура | Характеристики |
|---|---|---|
| DIP (Пакет с двойным строком) | Сквозное отверстие | Больший размер с булавками в два ряда, проще ставить и обращаться |
| SOP / SOIC (Небольшой пакет плана) | Поверхностное крепление | Компактный корпус с проводами по бокам для удобства прокладки платы |
| QFP (Четырёхплоский пакет) | Тонкочастотный SMT | Штифты со всех четырёх сторон поддерживают большее количество штифтов в плоской форме |
| QFN (Квадро Флэт Но-Лид) | Беспроводная SMT | Небольшая площадь с прокладками под ними, обеспечивает хорошую теплопередачу |
| BGA (Шаровая сетка) | Массив шаровой сетки | В корпусе используются шарики для паяния, поддерживается очень высокая плотность соединения |
Размеры и сроки размера упаковки IC
• Длина и ширина корпуса — размер корпуса ИС
• Отсеч, колодка или шар — расстояние между электрическими клеммами
• Высота расстояния — зазор между корпусом микросхемы и поверхностью платы
• Размер термопрокладки — наличие и размер открытой площадки под ней для теплопередачи
Тепловые характеристики и теплопоток корпуса ИС
Тепловая эффективность корпуса ИС зависит от того, насколько эффективно тепло передаётся от кремниевой кристаллы в конструкцию корпуса, а затем в печатную плату и окружающий воздух. Если тепло не выходит должным образом, температура корпуса IC повышается, что снижает стабильность и сокращает срок службы.
Тепловой поток зависит от упаковочных материалов, внутренних путей распространения тепла и наличия открытой термопрокладки. Медь с печатной платой также играет роль, так как помогает отвлекать тепло от корпуса ИС.
Некоторые типы корпусов IC имеют более короткие и широкие тепловые пути, что обеспечивает лучшую теплопередачу платы. С правильной компоновкой печатных плат эти корпуса могут поддерживать более высокие уровни мощности с более контролируемым повышением температуры.
Электрическое поведение корпуса ИС и паразитарные эффекты
Каждый корпус ИС вносит небольшие нежелательные электрические эффекты, включая сопротивление, ёмкость и индуктивность. Они поступают от терминалов, проводных конструкций и внутренних путей соединения. Эти паразитные эффекты могут замедлять переключение сигналов, увеличивать шум и снижать стабильность питания в цепях с высокоскоростными сигналами.
Пакеты IIC с более короткими путями соединения и хорошо распределёнными терминалами более стабильно обрабатывают быстрые сигналы и помогают снизить нежелательные помехи.
Ограничения сборки и производства упаковки ИС
Ограничения печати пасты с наклоном и пайкой
Меньшие выводы или площадки требуют точной печати паяльной пасты и точного выравнивания положения. Если расстояние слишком мелкое, могут образоваться паяные мосты или соединения могут не соединяться полностью.
Ограничения инспекции пайных соединений
Пайочные соединения IC-пакета, которые видны по бокам, легче осматривать. Когда соединения расположены под корпусом, осмотр становится более ограниченным и может потребоваться специализированные инструменты.
Сложность переработки для пакетов с нижним завершением
Корпуса ИС с скрытыми соединениями для припоя сложнее заменить, так как к соединениям нельзя получить прямой доступ. Это усложняет снятие и повторную пайку по сравнению со свинцовыми упаковками.
Надёжность корпуса IC со временем
| Фактор | Влияние на IC Package |
|---|---|
| Термический цикл | Многократный нагрев и охлаждение могут со временем напрягать пайные соединения и внутренние соединения |
| Напряжение изгиба платы | Изгиб или вибрация могут создавать давление на выводы, колодки или пайные соединения |
| Материальное несоответствие | Разные материалы расширяются с разной скоростью, создавая напряжение между корпусом ИС и печатной платой |
Заключение
Корпуса IC влияют на то, как чип подключается, выдерживает тепло и остаётся надёжным со временем. Ключевые отличия связаны с семействами упаковок, стилями крепления и типами терминации, такими как крыло чайки, J-образные выводы, нижние накладки и шаровые массивы. Также важны размеры, паразитарные эффекты, пределы сборки и долгосрочные напряжения. Чёткий чек-лист помогает сравнить электрические, тепловые и механические потребности.
Часто задаваемые вопросы [FAQ]
В чём разница между корпусом ИС и кремниевым кристаллом?
Кремниевой кристалл — это схема чипа. Корпус ИС удержит, защищает и подключает кристалл к плате.
Что такое открытая термопрокладка в корпусе ИС?
Это металлическая площадка под корпусом, которая при пайке передаёт тепло в плату.
Что означает MSL в пакетах IC?
MSL (Уровень чувствительности к влажности) показывает, насколько легко корпус ИС может быть повреждён влагой при повторной пайке.
Что такое варпейдж пакета IC?
Деформация — это изгиб корпуса корпуса ИС, что может привести к слабым или неровным паянным соединениям.
Как отмечается контакт 1 на упаковке IC?
Контакт 1 отмечается точкой, выемкой, ямкой или срезанным углом на корпусе упаковки.
В чём разница между высотой тона и расстоянием между дорожками печатных плат?
Танг — это расстояние между терминалами посылок. Расстояние между дорожками печатных плат — это расстояние между медными дорожками на плате.