Корпуса микросхем
Корпус интегральной микросхемы (ИМС) — это герметичная конструкции, предназначенная для защиты кристалла интегральной схемы от внешних воздействий и для электрического соединения с внешними цепями. Длина корпуса микросхем зависит от числа выводов. Давайте рассмотрим некоторые типы корпусов, которые наиболее часто применяются радиолюбителями.
DIP (Dual In-line Package) — тип корпуса микросхем, микросборок и некоторых других электронных компонентов для монтажа в отверстия печатной платы, является самым распространенным типом корпусов. Имеет прямоугольную форму с двумя рядами выводов по длинным сторонам. Может быть выполнен из пластика или керамики. В обозначении корпуса указывается число выводов. В корпусе DIP могут выпускаться различные полупроводниковые или пассивные компоненты — микросхемы, сборки диодов, ТТЛ-логика, генераторы, усилители, ОУ и прочие… Компоненты в корпусах DIP обычно имеют от 4 до 40 выводов, возможно есть и больше. Большинство компонентов имеет шаг выводов 2.54 миллиметра и расстояние между рядами 7.62 или 15.24 миллиметра.
Одной из разновидностью корпуса DIP является корпус QDIP на таком корпусе 12 выводов и обычно имеются лепестки для крепления микросхемы на радиатор, вспомните микросхему К174УН7.
Разновидностью DIP является PDIP – (Plastic Dual In-line Package) – корпус имеет форму прямоугольника, снабжен выводами, предназначенными преимущественно для монтажа в отверстия. Существуют две разновидности корпуса: узкая, с расстоянием между выводами 7.62 мм и широкая, с расстоянием между выводами 15.24 мм. Различий между DIP и PDIP в плане корпуса нет, PDIP обычно изготавливается из пластика, CDIP — из керамики. Если у микросхемы много выводов, например 28 и более, то корпус может быть широким.
SIP (Single In-line Package) – плоский корпус для вертикального монтажа в отверстия печатной платы, с одним рядом выводов по длинной стороне. Обычно в обозначении также указывается число выводов. Нумерация выводов данных типов микросхем начинается слева, если смотреть на маркировку спереди.
ТО92 – распространённый тип корпуса для маломощных транзисторов и других полупроводниковых приборов с двумя или тремя выводами, в том числе и микросхем, например интегральных стабилизаторов напряжения. В СССР данный тип корпуса носил обозначение КТ-26.
TO220 — тип корпуса для транзисторов, выпрямителей, интегральных стабилизаторов напряжения и других полупроводниковых приборов малой и средней мощности. Нумерация выводов для разных элементов может отличаться, у транзисторов одно обозначение, у стабилизаторов напряжения другое…
PENTAWATT – Содержит 5 выводов, в таких корпусах выпускаются, например усилители НЧ (TDA2030, 2050…), или стабилизаторы напряжения.
DPAK — (TO-252, КТ-89) корпус для размещения полупроводниковых устройств. D2PAK аналогичен корпусу DPAK, но больше по размеру; в основном эквивалент TO220 для SMD-монтажа, бывают трёх, пяти, шести, семи или восьмивыводные.
SO (Small Outline) пластиковый корпус малого размера. Корпус имеет форму прямоугольника, снабжен выводами, предназначенными для монтажа на поверхность. Существуют две разновидности корпуса: узкая, с шириной корпуса 3.9 мм (0.15 дюйма) и широкая, с шириной корпуса 7.5 мм (0.3 дюйма).
SOIC (Small-Outline Integrated Circuit) — предназначен для поверхностного монтажа, по сути это то же, что и SO. Имеет форму прямоугольника с двумя рядами выводов по длинным сторонам. Как правило, нумерация выводов одинаковых микросхем в корпусах DIP и SOIC совпадает. Помимо сокращения SOIC для обозначения корпусов этого типа могут использоваться буквы SO, а также SOP (Small-Outline Package) и число выводов. Такие корпуса могут иметь различную ширину. Обычно обозначаются как SOxx-150, SOxx-208 и SOxx-300 или пишут SOIC-xx и указывают какому чертежу он соответствует. Данный тип корпусов схож с QSOP.
Также существует версия корпуса с загнутыми под корпус (в виде буквы J) выводами. Такой тип корпуса обозначается как SOJ (Small-Outline J-leaded).
QFP (Quad Flat Package) — семейство корпусов микросхем, имеющих планарные выводы, расположенные по всем четырём сторонам. Форма основания микросхемы — прямоугольная, а зачастую используется квадрат. Корпуса обычно различаются только числом выводов, шагом, размерами и используемыми материалами. BQFP отличается расширениями основания по углам микросхемы, предназначенными для защиты выводов от механических повреждений до запайки.
В это семейство входят корпуса TQFP (Thin QFP), QFP, LQFP (Low-profile QFP). Микросхемы в таких корпусах предназначены только для поверхностного монтажа; установка в разъём или монтаж в отверстия штатно не предусмотрена, хотя переходные коммутационные устройства существуют. Количество выводов QFP микросхем обычно не превышает 200, с шагом от 0,4 до 1,0 мм. Габаритные размеры корпусов и расстояние между выводами можно посмотреть тут.
QFN (Quad-flat no-leads) – у таких корпусов, так же как и у корпусов SOJ, вывода загнуты под корпус. Габаритные размеры и расстояние между выводами корпусов QFN можно посмотреть тут. Данный корпус схож с типом корпусов MLF, у них вывода расположены по периметрии и снизу.
TSOP (Thin Small-Outline Package) – данные корпуса очень тонкие, низкопрофильные, являются разновидностью SOP микросхем. Применяются в модулях оперативной памяти DRAM и для чипов флеш-памяти, особенно для упаковки низковольтных микросхем из-за их малого объёма и большого количества штырьков (контактов). В более современных модулях памяти такие корпуса уже не применяются, их заменили корпуса типа BGA. Обычно различают два типа корпусов, они представлены ниже на фото.
PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) и СLCC (Ceramic Leaded Chip Carrier) — представляют собой квадратный корпус с расположенными по краям контактами, предназначенный для установки в специальную панель (часто называемую «кроваткой»). В настоящее время широкое распространение получили микросхемы флэш-памяти в корпусе PLCC, используемые в качестве микросхемы BIOS на системных платах. Габаритные размеры корпусов и расстояние между выводами можно посмотреть тут.
ZIP (Zigzag-In-line Package) — плоский корпус для вертикального монтажа в отверстия печатной платы со штырьковыми выводами, расположенными зигзагообразно. Бывают ZIP12, ZIP16, ZIP17, ZIP19, ZIP20, ZIP24, ZIP40 цифры означают количество выводов и тип корпуса, кроме этого они различаются габаритами корпусов, а так же расстоянием между выводами. Габаритные размеры корпусов и расстояние между выводами можно посмотреть тут.
Адвансед 
Опубликована: 2012 г. 
0 
0
Вознаградить Я собрал 0 0
Корпуса микросхем
В этой статье мы рассмотрим самые основные корпуса микросхем, которые очень часто используются в повседневной электронике.
DIP корпус
DIP ( англ. Dual In-Line Package) — корпус с двумя рядами выводов по длинным сторонам микросхемы. Раньше, да наверное и сейчас, корпус DIP был самым популярным корпусом для многовыводных микросхем. Выглядит он вот так:
В зависимости от количества выводов микросхемы, после слова «DIP» ставится количество ее выводов. Например, микросхема, а точнее, микроконтроллер atmega8 имеет 28 выводов:
Следовательно, ее корпус будет называться DIP28.
А вот у этой микросхемы корпус будет называться DIP16.
Чтобы не считать каждый раз количество выводов, можно их сосчитать только на одной стороне микросхемы и тупо умножить на два.
В основном в корпусе DIP в Советском Союзе производили логические микросхемы, операционные усилители и тд. Сейчас же корпус DIP также не теряет своей актуальности и в нем до сих пор делают различные микросхемы, начиная от простых аналоговых и заканчивая микроконтроллерами.
Корпус DIP может быть выполнен из пластика (что в большинстве случаев) и называется он PDIP, а также из керамики — CDIP. На ощупь корпус CDIP твердый как камень, и это неудивительно, так как он сделан из керамики.
Пример CDIP корпуса.
Имеются также модификации DIP корпуса: HDIP, SDIP.
HDIP (Heat-dissipating DIP) — теплорассеивающий DIP. Такие микросхемы пропускают через себя большой ток, поэтому сильно нагреваются. Чтобы отвести излишки тепла, на такой микросхеме должен быть радиатор или его подобие, например, как здесь два крылышка-радиатора посерединке микрухи:
SDIP (Small DIP) — маленький DIP. Микросхема в корпусе DIP, но c маленьким расстоянием между ножками микросхемы:
SIP корпус
SIP корпус (Single In line Package) — плоский корпус с выводами с одной стороны. Очень удобен при монтаже и занимает мало места. Количество выводов также пишется после названия корпуса. Например, микруха снизу в корпусе SIP8.
У SIP тоже есть модификации — это HSIP (Heat-dissipating SIP). То есть тот же самый корпус, но уже с радиатором
ZIP корпус
ZIP (Zigzag In line Package) — плоский корпус с выводами, расположенными зигзагообразно. На фото ниже корпус ZIP6. Цифра — это количество выводов:
Ну и корпус с радиатором HZIP:
Только что мы с вами рассмотрели основной класс In line Package микросхем. Эти микросхемы предназначены для сквозного монтажа в отверстиях в печатной плате.
Например, микросхема DIP14, установленная на печатной плате
и ее выводы с обратной стороны платы, уже без припоя.
Кто-то все таки умудряется запаять микросхемы DIP, как микросхемы для поверхностного монтажа (о них чуть ниже), загнув выводы под углом в 90 градусов, или полностью их выпрямив. Это извращение), но работает).
Переходим к другому классу микросхем — микросхемы для поверхностного монтажа или, так называемые SMD компоненты. Еще их называют планарными радиокомпонентами.
Такие микросхемы запаиваются на поверхность печатной платы, под выделенные для них печатные проводники. Видите прямоугольные дорожки в ряд? Это печатные проводники или в народе пятачки. Вот именно на них запаиваются планарные микросхемы.
SOIC корпус
Самым большим представителем этого класса микросхем являются микросхемы в корпусе SOIC (Small-Outline Integrated Circuit) — маленькая микросхема с выводами по длинным сторонам. Она очень напоминает DIP, но обратите внимание на ее выводы. Они параллельны поверхности самого корпуса:
Вот так они запаиваются на плате:
Ну и как обычно, цифра после «SOIC» обозначает количество выводов этой микросхемы. На фото выше микросхемы в корпусе SOIC16.
SOP корпус
SOP (Small Outline Package) — то же самое, что и SOIC.
Модификации корпуса SOP:
PSOP — пластиковый корпус SOP. Чаще всего именно он и используется.
HSOP — теплорассеивающий SOP. Маленькие радиаторы посередине служат для отвода тепла.
SSOP(Shrink Small Outline Package) — » сморщенный» SOP. То есть еще меньше, чем SOP корпус
TSSOP(Thin Shrink Small Outline Package) — тонкий SSOP. Тот же самый SSOP, но «размазанный» скалкой. Его толщина меньше, чем у SSOP. В основном в корпусе TSSOP делают микросхемы, которые прилично нагреваются. Поэтому, площадь у таких микросхем больше, чем у обычных. Короче говоря, корпус-радиатор).
SOJ — тот же SOP, но ножки загнуты в форме буквы «J» под саму микросхему. В честь таких ножек и назвали корпус SOJ:
Ну и как обычно, количество выводов обозначается после типа корпуса, например SOIC16, SSOP28, TSSOP48 и тд.
QFP корпус
QFP (Quad Flat Package) — четырехугольный плоский корпус. Главное отличие от собрата SOIC в том, что выводы размещены на всех сторонах такой микросхемы
PQFP — пластиковый корпус QFP. CQFP — керамический корпус QFP. HQFP — теплорассеивающий корпус QFP.
TQFP (Thin Quad Flat Pack) — тонкий корпус QFP. Его толщина намного меньше, чем у его собрата QFP
PLCC корпус
PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) и СLCC (Ceramic Leaded Chip Carrier) — соответственно пластиковый и керамический корпус с расположенными по краям контактами, предназначенными для установки в специальную панельку, в народе называемую «кроваткой». Типичным представителем является микросхема BIOS в ваших компьютерах.
Вот так примерно выглядит «кроватка» для таких микросхем
А вот так микросхема «лежит» в кроватке.
Иногда такие микросхемы называют QFJ, как вы уже догадались, из-за выводов в форме буквы «J»
Ну и количество выводов ставится после названия корпуса, например PLCC32.
PGA корпус
PGA (Pin Grid Array) — матрица из штырьковых выводов. Представляет из себя прямоугольный или квадратный корпус, в нижней части которого расположены выводы-штырьки
Такие микросхемы устанавливаются также в специальные кроватки, которые зажимают выводы микросхемы с помощью специального рычажка.
В корпусе PGA в основном делают процессоры на ваши персональные компьютеры.
Корпус LGA
LGA (Land Grid Array) — тип корпусов микросхем с матрицей контактных площадок. Чаще всего используются в компьютерной технике для процессоров.
Кроватка для LGA микросхем выглядит примерно вот так:
Если присмотреться, то можно увидеть подпружиненные контакты.
Сам микросхема, в данном случае процессор ПК, имеет просто металлизированные площадки:
Для того, чтобы все работало, должно выполняться условие: микропроцессор должен быть плотно прижат к кроватке. Для этого используются разного рода защелки.
Корпус BGA
BGA (Ball Grid Array) — матрица из шариков.
Как мы видим, здесь выводы заменены припойными шариками. На одной такой микросхеме можно разместить сотни шариков-выводов. Экономия места на плате просто фантастическая. Поэтому микросхемы в корпусе BGA применяют в производстве мобильных телефонов, планшетах, ноутбуках и в других микроэлектронных девайсах. О том, как перепаивать BGA, я еще писал в статье Пайка BGA микросхем.
В красных квадратах я пометил микросхемы в корпусе BGA на плате мобильного телефона. Как вы видите, сейчас вся микроэлектроника строится именно на BGA микросхемах.
Технология BGA является апогеем микроэлектроники. В настоящее время мир перешел уже на технологию корпусов microBGА, где расстояние между шариками еще меньше, и можно уместить даже тысячи(!) выводов под одной микросхемой!
Вот мы с вами и разобрали основные корпуса микросхем.
Ничего страшного нет в том, что вы назовете микросхему в корпусе SOIC SOPом или SOP назовете SSOPом. Также ничего страшного нет и в том, чтобы назвать корпус QFP TQFPом. Границы между ними размыты и это просто условности. Но вот если микросхему в корпусе BGA назовете DIP, то это уже будет полное фиаско.
Начинающим радиолюбителям стоит просто запомнить три самых важных корпуса для микросхем — это DIP, SOIС (SOP) и QFP безо всяких модификаций и стоит также знать их различия. В основном именно эти типы корпусов микросхем радиолюбители используют чаще всего в своей практике.
Некоторые типовые узлы микросхем и особенности их эксплуатации
Многие электронные компоненты чувствительны к статическому электричеству, влаге и механическим повреждениям. В особенности это касается микросхем, ведь их логика размещается на хрупком полупроводниковом кристалле или плёнке. Корпус в данном случае является неотъемлемой составляющей конструкции микросхемы, защищающей её от внешних воздействий. Помимо этого он несёт также и соединительную функцию, коммутируя микросхему с другими компонентами электронного устройства, в которое она интегрируется.
С целью упростить процесс сборки изделий, корпуса микросхем стандартизуются по ряду признаков. На сегодняшний день можно купить микросхемы в сотнях различных корпусов, поэтому для упрощения подбора все они поделены на серии и промаркированы. Ниже представлены серии микросхем зарубежного производства, получившие наибольшее распространение в наших широтах.
Один из самых распространённых корпусов на сегодняшний день. Используется для защиты многовыводных микросхем и некоторых других электронных компонентов (светодиоды, переключатели, всевозможные датчики). Может иметь от 4 до 48 выводов, размещённых параллельно вдоль краёв корпуса. Сам корпус выполнен в форме прямоугольника и монтируется путём впаивания выводов в плату или посредством установки в принимающий разъём. Помимо стандартных пластиковых (PDIP), существуют также более надёжные керамические корпуса (CDIP).
Чертежи корпусов микросхем DIP
Типы корпусов импортных микросхем
Корпус — это часть конструкции микросхемы, предназначенная для защиты от внешних воздействий и для соединения с внешними электрическими цепями посредством выводов. Корпуса стандартизованы для упрощения технологического процесса изготовления изделий из разных микросхем. Число стандартных корпусов исчисляется сотнями!
Ниже представлены наиболее распространенные серии корпусов импортных микросхем. Для просмотра чертежей корпусов
микросхем кликните ссылку с названием типа корпуса или на соответствующую типу корпуса картинку.
(Dual In-line Package, также DIL) — тип корпуса микросхем, микросборок и некоторых других электронных компонентов для монтажа в отверстия печатной платы. Имеет прямоугольную форму с двумя рядами выводов по длинным сторонам. Может быть выполнен из пластика (
PDIP
) или керамики (
CDIP
). Обычно в обозначении также указывается число выводов.
или просто
SO
(small-outline integrated circuit), а также
SOP
(Small-Outline Package) корпус микросхем , предназначенный для поверхностного монтажа, занимающий на печатной плате на 30-50% меньше площади чем аналогичный корпус DIP, а также имеющий на 50-70% меньшую толщину. Обычно в обозначении также указывается число выводов.
(Single In-line Package) – плоский корпус для вертикального монтажа в отверстия печатной платы, с одним рядом выводов по длинной стороне. Обычно в обозначении также указывается число выводов.
(Quad Flat Package) — плоский корпус с четырьмя рядами контактов. Представляет собой квадратный корпус с расположенными по краям контактами. Существуют также другие варианты:
TQFP
(Thin QFP) — с малой высотой корпуса,
LQFP
(Low-profile QFP) и многие другие.
(Leadless Chip Carrier) представляет собой низкопрофильный квадратный керамический корпус с расположенными на его нижней части контактами, предназначенный для поверхностного монтажа.
(Plastic Leaded Chip Carrier) и СLCC (Ceramic Leaded Chip Carrier) представляют собой квадратный корпус с расположенными по краям контактами, предназначенный для установки в специальную панель (часто называемую «кроваткой»).
(Thin Small-Outline Package) тонкий малогабаритный корпус, разновидность SOP корпуса микросхем. Часто применяется в области DRAM, особенно для упаковки низковольтных микросхем из-за их малого объёма и большого количества штырьков.
(Shrink small-outline package) (уменьшенный малогабаритный корпус) разновидность SOP корпуса микросхем , предназначенного для поверхностного монтажа. Выводы расположены по двум длинным сторонам корпуса.
(Zigzag-In-line Package) — плоский корпус для вертикального монтажа в отверстия печатной платы со штырьковыми выводами, расположенными зигзагообразно.
Компактный прямоугольный корпус с выводами по краям. Часто маркируется производителями аббревиатурой SO или SOP. Упрятанная в такой корпус микросхема может быть вдвое компактней и занимать вдвое меньше места на плате, чем если бы она была установлена в DIP. Ещё одно отличие касается выводов. Как и в случае с DIP корпусами, они располагаются вдоль краёв. Но запаиваемые на плате лепестки расположены в данном случае не перпендикулярно плоскости корпуса, а параллельно ей.
Чертежи корпусов микросхем SOIC
Многокристальные модули (MCM)
Многокристальные модули относились, до начала 1990-х, к области космической и военной технологии и высококачественной компьютерной промышленности. Первой преуспела в практическом использовании МСМ фирма IBM при организации производства серии ЭВМ четвертого поколения. В качестве монтажного и теплоотводящего основания использовались многослойные керамические платы. Специально для этого был построен завод по их производству. Большой объем работ сегодня ведется в Германии, в частности, в Ростокском университете и Техническом университете в Берлине, где за счет использования технологий МСМ увеличивается компоновка не только в плоскости модуля, но и по его вертикали (рис. 9).
Рис. 9. Экспериментальные образцы элементов МСМ в Берлинском Техническом университете
В 1990-х годах использование МСМ было единственным решением по увеличению интеграции и соответствующему повышению функциональности аппаратуры. Тогда вложения в создание многокристальных модулей были меньше, чем инвестиции в микроэлектронику.
Но в дальнейшем развитие электроники пошло по ставшему уже традиционным пути — по пути увеличения интеграции микросхем, что повлекло громадные вложения в их производство. Эти тенденции прослеживаются и сейчас. Построенные в Юго-Восточной Азии фабрики микросхем с топологическим разрешением 0,065 мкм и 0,093 мкм пока не до конца загружены. Поэтому сегодня усилия сосредоточены на проектах, которые бы использовали возможности развивающегося микроэлектронного производства.
Тем не менее, проекты МСМ прорабатываются всерьез там, где другие пути интеграции по тем или другим причинам не доступны.
Главная трудность в создании МСМ — сложности в тестировании кристаллов микросхем. Если вероятность попадания в состав трехкристального модуля равна 95% годных микросхем, выход годных МСМ составляет 85,7%. Далее встает вопрос идентификации годных и негодных компонентов модуля. Рентабельность производства МСМ напрямую связана с вероятностью годных микросхем.
Во всяком случае, самая дорогая часть MCM — основание (подложка). В таблице 1 показаны варианты исполнения монтажных оснований МСМ. Вариант MCM-L предпочтителен с позиций экономичности.
Таблица 1. Современные представления о многокристальных модулях
Плоский четырёхугольный корпус для поверхностного монтажа. Выводы размещены по краям. Во многом QFP корпус походит на SOIC, с той лишь разницей, что выводы располагаются здесь вдоль всех четырёх сторон, а не только вдоль двух.
Чертежи корпусов микросхем QFP, TQFP, LQFP
Микрокорпуса
Дальнейшее развитие компоновки микросхем привело к возможности их размещения в корпусе, соизмеримом с размером кристалла, — в микрокорпусах. В английской терминологии они называются и Chip Scale Package — CSP, и Chip Size Package — CSP, а также μBGA и, наконец, Slightly Larger than an IC Carier — SLICC («слегка больше кристалла микросхемы»). На рис. 6 можно видеть, что это действительно так. Размер микрокорпуса ?BGA, как правило, не превышает 20% относительно размера кристалла.
Рис. 6. Компоновка микрокорпуса μBGA (CSP)
Разновидность компоновки под названием μBGA (рис. 6) представляет собой микрокорпус, в который уложен кристалл микросхемы. Для демпфирования кристалла на него наносится какой-либо нейтральный, стойкий к нагреванию эластомер (например, силикон). На нем размещается полиимидный носитель межсоединений типа ТАВ. Хвостовики носителя развариваются на периферийных выводах кристалла микросхемы. На поле носителя размещается матрица контактных площадок с покрытием NiAu. В таком виде микросхемы тестируются и затем поставляются потребителю. По заказу на контактные площадки напаиваются шариковые выводы. Современные достижения обеспечивают диаметр шариков 85 мкм, шаг выводов в матрице — 1,27 мм, 1,0 мм, 0,8 мм, 0,65 мм, 0,5 мм. Размер микрокорпуса всего лишь на 0,3 мм больше размера кристалла.
SLICC-корпус использует в качестве монтажной подложки стеклоэпоксидное основание (рис. 7). Соединение кристалла с подложкой осуществляется через шарики выводов, размещенных непосредственно на поверхности кристалла микросхемы. Современные принтеры позволяют точно позиционировать и нормировать дозы паяльной пасты на полупроводниковые пластины («вафли»), на которых после оплавления образуются шарики припоя. Они используются для монтажа кристалла на стеклоэпоксидной подложке. По существу, монтажная подложка в SLICC-корпусах служит для увеличения шага выводов от микросхемы к плате. В этом конструктивном решении ничем не компенсируются разные коэффициенты температурного расширения. Вместо этого разнородную систему скрепляют подливом компаунда в пространство между кристаллом и подложкой.
Рис. 7. SLICC-корпус
Удобный тип корпуса для вертикального монтажа на плату. Выводы располагаются с одной стороны, а число после аббревиатуры SIP указывает на их количество. У Xilinx и других крупных производителей встречаются модификации HSIP — это корпус того же формата, но дооснащённый рассеивателем тепла.
Чертежи корпусов микросхем SIP
BGA-компоненты
BGA-технология возникла приблизительно 20 лет назад в фирме IBM для внутреннего потребления. Первая фирма, которая переняла опыт IBM, была Motorola, она купила лицензию у IBM и развила ее технологию до компоновки, названной OMPAC (Overmoulded Plastic Array Carrier). Структура BGA-компонента показана на рис. 2.
Рис. 2. BGA-компонент в пластиковом корпусе
По этой схеме кристалл устанавливается на монтажную подложку из композиционного материала с органическим связующим (FR-4, FR-5, BT), имеющим высокую температуру стеклования. Для этих целей предпочтительнее использовать материал на основе ВТ (Bismaleimid Triasine) с особенно высокой температурой стеклования и отличными электрическими свойствами. На обе стороны подложки наносится финишное покрытие NiAu, универсальное для микросварки (разварки проводов от микросхемы к подложке) и пайки шариковых выводов.
Кристалл приклеивается к подложке теплопроводным адгезивом на основе эпоксидной смолы. В свою очередь, подложка имеет элементы кондуктивного теплоотвода с одной стороны на другую. Часть шариковых выводов предназначена для тепловых соединений.
Современные стандарты устанавливают шаг сетки матричных выводов: 1,5 мм, 1,27 мм и 1,0 мм и диаметром шариковых выводов 0,6 мм. Конструкции подложек 50×50 мм позволяют размещать на них 2401 вывода с шагом 1,0 мм.
Кристаллы микросхем монтируют на подложку с помощью одного из четырех методов:
- Термокомпрессионная микросварка (wirebonding) — наиболее старый, наиболее гибкий и широко применяемый метод (рис. 2). С его помощью до сих пор изготавливают более 96% всех микросхем.
- Присоединение кристаллов к выводам ленточного носителя (рис. 3), или TAB (Tape-automated Bonding). Этот метод используется для автоматического монтажа кристаллов с малым шагом выводов на промежуточный носитель. Кроме возможности автоматизации монтажа, он обеспечивает возможность предварительного тестирования кристаллов перед окончательной установкой его на монтажную подложку.
- Присоединение перевернутого кристалла(Flip Chip) через шариковые выводы (рис. 4). Компактность и улучшенные электрические характеристики этого метода межсоединений способствуют расширению его применения.
Рис. 4. Монтаж микросхемы на подложку методом перевернутого кристалла (Flip Chip)
- Присоединение кристалла балочными выводами (рис. 5). При этом методе используют технологии термокомпрессионной и ультразвуковой микросварки балочных выводов к периферийным контактным площадкам на кристалле и затем — балочных выводов к подложке.
Компактный низкопрофильный корпус, монтируемый в специально оборудованное гнездо с контактными лепестками по бокам (в простонародье — «кроватка»). Изготавливается из пластика (в таком случае маркируется аббревиатурой PLCC) или керамики (CLCC). Купить микросхемы обоих типов можно во всех крупных магазинах радиоэлектронных компонентов, включая наш.
Чертежи корпусов микросхем LCC, PLCC
Структурная интегральная схема внутри чипа
Итак, процесс создания интегральной схемы начинается от монокристалла кремния, напоминающего по форме длинную сплошную трубу, «нарезанную» тонкими дисками — пластинами. Такие пластины размечаются на множество одинаковых квадратных или прямоугольных областей, каждая из которых представляет один кремниевый чип (микрочип). Пример внутренней структуры интегральной схемы, демонстрирующий возможности такой уникальной технологии интеграции полноценных электронных схемотехнических решений.
Будет интересно➡ Все о блоках питания — схема устройства, изготовление своими руками
Затем на каждом таком чипе создаются тысячи, миллионы или даже миллиарды компонентов путём легирования различных участков поверхности — превращения в кремний N-типа или P-типа. Легирование осуществляется различными способами. Один из вариантов — распыление, когда ионами легирующего материала «бомбардируют» кремниевую пластину.
Другой вариант — осаждение из паровой фазы, включающий введение легирующего материала газовой фазой с последующей конденсацией. В результате такого ввода примесные атомы образуют тонкую пленку на поверхности кремниевой пластины. Самым точным вариантом осаждения считается молекулярно-лучевая эпитаксия.
Конечно, создание интегральных микросхем, когда упаковываются сотни, миллионы или миллиарды компонентов в кремниевый чип размером с ноготь, видится сложнейшим процессом. Можно представить, какой хаос принесёт даже небольшая крупинка в условиях работы в микроскопическом (наноскопическом) масштабе. Вот почему полупроводники производятся в лабораторных условиях безупречно чистых. Воздух лабораторных помещений тщательно фильтруется, а рабочие обязательно проходят защитные шлюзы и облачаются в защитную одежду.
Интересно почитать: что такое клистроны.
Кто создал интегральную схему?
Разработка интегральной схемы приписывается двум физикам — Джеку Килби и Роберту Нойсу, как совместное изобретение. Однако фактически Килби и Нойс вынашивали идею интегральной схемы независимо друг от друга. Между учёными даже существовала своего рода конкуренция за права на изобретение.
Джек Килби трудился в «Texas Instruments», когда учёному удалось реализовать идею монолитного принципа размещения различных частей электронной схемы на кремниевом чипе. Учёный вручную создал первую в мире интегральную микросхему (1958 год), использовав чип на основе германия. спустя год подала заявку на патент.
Тем временем представитель другой — Роберт Нойс, проводил эксперименты с миниатюрными цепями своего устройства. Благодаря серии фотографических и химических методов (планарный процесс), учёный всего лишь на год позже Килби создал практичную интегральную схему. Методика получения также была оформлена заявкой на патент.
Микросхемы на плате
Одна из разновидностей корпусов SOP, отличительной чертой которой служит малая толщина. В данные корпуса часто помещают низковольтные электронные компоненты, имеющие малый размер и большое количество выводов (такие, как DRAM).
Типы корпусов импортных микросхем
Корпус — это часть конструкции микросхемы, предназначенная для защиты от внешних воздействий и для соединения с внешними электрическими цепями посредством выводов. Корпуса стандартизованы для упрощения технологического процесса изготовления изделий из разных микросхем. Число стандартных корпусов исчисляется сотнями!
Ниже представлены наиболее распространенные серии корпусов импортных микросхем.
Для просмотра чертежей корпусов микросхем кликните ссылку с названием типа корпуса или на соответствующую типу корпуса картинку.
DIP (Dual In-line Package, также DIL) — тип корпуса микросхем, микросборок и некоторых других электронных компонентов для монтажа в отверстия печатной платы. Имеет прямоугольную форму с двумя рядами выводов по длинным сторонам. Может быть выполнен из пластика (PDIP) или керамики (CDIP). Обычно в обозначении также указывается число выводов.
SOIC или просто SO (small-outline integrated circuit), а также SOP (Small-Outline Package) корпус микросхем , предназначенный для поверхностного монтажа, занимающий на печатной плате на 30-50% меньше площади чем аналогичный корпус DIP, а также имеющий на 50-70% меньшую толщину. Обычно в обозначении также указывается число выводов.
SIP (Single In-line Package) – плоский корпус для вертикального монтажа в отверстия печатной платы, с одним рядом выводов по длинной стороне. Обычно в обозначении также указывается число выводов.
QFP (Quad Flat Package) — плоский корпус с четырьмя рядами контактов. Представляет собой квадратный корпус с расположенными по краям контактами. Существуют также другие варианты: TQFP (Thin QFP) — с малой высотой корпуса, LQFP (Low-profile QFP) и многие другие.
LCC (Leadless Chip Carrier) представляет собой низкопрофильный квадратный керамический корпус с расположенными на его нижней части контактами, предназначенный для поверхностного монтажа.
PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) и СLCC (Ceramic Leaded Chip Carrier) представляют собой квадратный корпус с расположенными по краям контактами, предназначенный для установки в специальную панель (часто называемую «кроваткой»).
TSOP (Thin Small-Outline Package) тонкий малогабаритный корпус, разновидность SOP корпуса микросхем. Часто применяется в области DRAM, особенно для упаковки низковольтных микросхем из-за их малого объёма и большого количества штырьков.
SSOP (Shrink small-outline package) (уменьшенный малогабаритный корпус) разновидность SOP корпуса микросхем , предназначенного для поверхностного монтажа. Выводы расположены по двум длинным сторонам корпуса.
ZIP (Zigzag-In-line Package) — плоский корпус для вертикального монтажа в отверстия печатной платы со штырьковыми выводами, расположенными зигзагообразно.