IC balík nie je len kryt pre čip. Podporuje kremíkový čip, spája ho s PCB, chráni ho pred namáhaním a vlhkosťou a pomáha regulovať teplo. Štruktúra balenia, štýl montáže a typ terminálu ovplyvňujú veľkosť, usporiadanie a montáž. Tento článok poskytuje informácie o typoch, vlastnostiach, tepelnom prúdení a elektrickom správaní integrovaných obvodov.
Prehľad balíka IC
IC balenie drží a podporuje kremíkový čip pri jeho pripojení k doske plošných spojov. Chráni čip pred fyzickým stresom, vlhkosťou a kontamináciou, ktoré by mohli ovplyvniť výkon. Balík tiež vytvára stabilné elektrické cesty pre napájanie a signály medzi čipom a zvyškom obvodu. Okrem toho pomáha odvádzať teplo od čipu, takže zariadenie môže pracovať v bezpečných teplotných limitoch. Vďaka týmto úlohám IC balík ovplyvňuje odolnosť, elektrickú stabilitu a prevádzku systému, nielen fyzickú ochranu.
Hlavné vnútorné prvky IC balíka
• Kremíkový čip – obsahuje elektronické obvody, ktoré vykonávajú hlavnú funkciu
• Prepojenie – drôtové spojky alebo výstupky, ktoré prenášajú energiu a signály medzi čipom a svorkami balíka
• Leadframe alebo substrát – podopiera čip a vedie elektrické cesty k svorkám
• Zapuzdrová alebo formová zmes – utesňuje vnútorné časti a chráni ich pred fyzickým a environmentálnym zaťažením
Hlavné rodiny IC balíkov
• Obaly IC založené na leadframe - Tvarované plastové obaly, ktoré používajú kovový leadframe na vytvorenie vonkajších vývodov
• Obaly IC založené na substráte – Obaly IC postavené na laminovaných alebo keramických substrátoch na podporu presnejšieho vedenia a vyššieho počtu pinov
• Balíky IC na úrovni waferu a fan-out – Funkcie balíka IC vytvorené na úrovni waferu alebo panelu na zmenšenie veľkosti a zlepšenie integrácie
Štýly montáže integrovaných obvodov (cez otvor vs povrchová montáž)
Priechodné IC puzdrá majú dlhé vývody, ktoré prechádzajú cez vyvŕtané otvory v PCB a sú na druhej strane spájkované. Tento štýl vytvára silné fyzické spojenie, ale zaberá viac priestoru na doske a vyžaduje väčšie rozloženia.
Povrchovo montované integrované obvody sedia priamo na PCB ploškách a sú spájkované na mieste bez dier. Tento štýl podporuje menšie veľkosti obalov, tesnejšie umiestnenie a rýchlejšiu montáž vo väčšine moderných výrob.
Typy ukončenia balíkov IC
Vedúce krídla čajok
Vývody v tvare "gull-wing" vyčnievajú von z bokov IC balíka, vďaka čomu sú spájkované spoje ľahko viditeľné pozdĺž okrajov. To podporuje jednoduchšiu kontrolu a jednoduchšiu kontrolu spájkovania.
J-Leads
J-vodiče sa zakrivujú dovnútra pod okrajom integrovaného obvodu. Keďže spájkovacie spoje sú menej viditeľné, kontrola je obmedzená v porovnaní s odkrytými olovnatými štýlmi.
Spodné podložky
Spodné podložky sú ploché kontakty pod integrovaným obvodom, nie pozdĺž strán. To znižuje veľkosť pôdorysu, ale vyžaduje presné umiestnenie a kontrolované spájkovanie pre spoľahlivé spoje.
Guľové polia
Guľové polia používajú spájkovacie gule pod integrovaným obvodom na vytváranie spojení. To podporuje veľké množstvo spojov v malom priestore, ale spoje sú po montáži ťažko viditeľné.
Typy a vlastnosti integrovaných obvodov
| Typ IC balíka | Štruktúra | Charakteristiky |
|---|---|---|
| DIP (Dual In-Line Package) | Priechodná diera | Väčšia veľkosť s kolčekmi v dvoch radoch, ľahšie sa umiestňuje a manipuluje |
| SOP / SOIC (Small Outline Package) | Povrchová montáž | Kompaktné telo s vodičmi pozdĺž strán pre jednoduchšie vedenie PCB |
| QFP (Quad Flat Package) | Jemný SMT | Kolíky na všetkých štyroch stranách podporujú vyšší počet kolkov v plochom tvare |
| QFN (Quad flat bez olova) | Bezolovený SMT | Malá plocha s podložkami pod nimi, podporuje dobrý prenos tepla |
| BGA (Ball Grid Array) | Ball grid array | Používa spájkovacie guľôčky pod balením, podporuje veľmi vysokú hustotu pripojenia |
Rozmery IC balíka a pojmy footprintu
• Dĺžka a šírka tela – veľkosť integrovaného obvodu
• Lead, pad alebo ball pitch – rozostup medzi elektrickými svorkami
• Výška odstupu – medzera medzi integrovaným obvodom a povrchom PCB
• Veľkosť termálnej podložky – prítomnosť a veľkosť odkrytej podložky pod ňou na prenos tepla
Tepelný výkon a tepelný tok IC balíka
Tepelný výkon v IC puzdre závisí od toho, ako efektívne sa teplo šíri z kremíkového čipu do štruktúry puzdra a následne do PCB a okolitého vzduchu. Ak teplo nemôže správne unikať, teplota integrovaného obvodu sa zvýši, čo môže znížiť stabilitu a skrátiť prevádzkovú životnosť.
Tok tepla ovplyvňujú materiály balenia, vnútorné cesty na šírenie tepla a to, či je k dispozícii odkrytá tepelná podložka. PCB meď tiež zohráva úlohu, pretože pomáha odvádzať teplo z integrovaného obvodu.
Niektoré typy integrovaných obvodov sú navrhnuté s kratšími a širšími tepelnými cestami, čo umožňuje lepší prenos tepla do dosky. S vhodným usporiadaním PCB môžu tieto balíky podporovať vyššie úrovne výkonu s kontrolovanejším nárastom teploty.
Elektrické správanie IC balíka a parazitné účinky
Každé balenie integrovaného obvodu prináša malé nežiaduce elektrické efekty, vrátane odporu, kapacity a indukčnosti. Tieto prichádzajú z terminálov, vedúcich štruktúr a vnútorných prepojovacích ciest. Tieto parazitné efekty môžu spomaliť prepínanie signálov, zvýšiť šum a znížiť stabilitu napájania v obvodoch s vysokorýchlostnými signálmi.
IIC balíky s kratšími cestami pripojenia a dobre rozloženými terminálmi spracovávajú rýchle signály konzistentnejšie a pomáhajú znižovať nežiaduce rušenie.
Limity montáže a výroby IC balíkov
Limity tlače na spájkovaciu pastu a roztiahnutie
Vývody alebo pady s menším rozstupom vyžadujú presnú tlač spájkovacej pasty a presné zarovnanie. Ak je rozostup príliš jemný, môžu vzniknúť spájkované mostíky alebo spoje nemusia byť úplne prepojené.
Limity kontroly spájkovacích spojov
Spájkované spoje IC puzdra, ktoré sú viditeľné po stranách, sa ľahšie kontrolujú. Keď sú spoje pod obalom, kontrola je obmedzená a môže vyžadovať špeciálne nástroje.
Náročnosť prerábky pre balíky s ukončením na spodku
Obaly integrovaných obvodov so skrytými spájkovými spojmi sa ťažšie nahradia, pretože spoje nie sú prístupné priamo. To robí odstránenie a opätovné spájkovanie náročnejším v porovnaní s olovnatými puzdrami.
Spoľahlivosť integrovaných obvodov v čase
| Faktor | Vplyv na IC balík |
|---|---|
| Termálny cyklus | Opakované zahrievanie a chladenie môže časom zaťažiť spájkované spoje a vnútorné spoje |
| Napätie pri ohybu dosky | Ohýbanie alebo vibrácie môžu vyvíjať tlak na vodiče, plosky alebo spájkované spoje |
| Materiálový nesúlad | Rôzne materiály sa rozpínajú rôznou rýchlosťou, čím vznikajú napätia medzi integrovaným obvodom a PCB |
Záver
Integrované integrované obvody ovplyvňujú, ako sa čip pripája, zvláda teplo a zostáva spoľahlivý v priebehu času. Kľúčové rozdiely vyplývajú z rodín púzder, typov montáže a typov zakončenia, ako sú gull-wing, J-leady, spodné podložky a guľové pole. Rozmery, parazitné účinky, limity zostavy a dlhodobé napätie tiež zohrávajú význam. Jasný kontrolný zoznam pomáha porovnávať elektrické, tepelné a mechanické potreby.
Často kladené otázky [FAQ]
Aký je rozdiel medzi integrovaným obvodom a kremíkovým čipom?
Kremíkový čip je čipový obvod. Balík integrovaného obvodu drží, chráni a spája čip s PCB.
Čo je to vystavená termálna podložka v IC balíku?
Je to kovová podložka pod obalom, ktorá pri spájkovaní prenáša teplo do PCB.
Čo znamená MSL v IC balíkoch?
MSL (Moisture Sensitivity Level) ukazuje, ako ľahko môže byť IC obal poškodený vlhkosťou počas opätovného pájkovania.
Čo je deformácia balíka integrovaného obvodu?
Deformácia je ohýbanie tela integrovaného obvodu, čo môže spôsobiť slabé alebo nerovnomerné spájkovacie spoje.
Ako je Pin 1 označený na IC balíku?
Pin 1 sa označuje bodkou, zárezom, jamkou alebo vyrezaným rohom na tele balenia.
Aký je rozdiel medzi rozostupom stopy a rozostupom stôp PCB?
Pitch je rozostup medzi svorkami balíkov. Rozostup stôp PCB je rozostup medzi medenými stopami na PCB.