Как выбрать идеальный корпус микросхемы для вашего проекта

Корпус микросхемы служит защитой интегральной схемы от внешних воздействий, таких как влага, физические повреждения и пыль. Помимо защиты, он также обеспечивает электрическое соединение. Корпус интегральной схемы так же важен, как и сама интегральная схема, поскольку оба эти элемента определяют производительность, надежность и тепловые характеристики чипа в электронной системе. При таком большом разнообразии типов корпусов микросхем выбор подходящего корпуса может быть сложной задачей. В этом блоге мы представим 7 основных типов корпусов и обсудим ключевые факторы, которые следует учитывать при выборе.

Как выбрать правильный корпус интегральной схемы?

Выбор правильной упаковки интегральной схемы имеет решающее значение, поскольку различные типы упаковок могут значительно повлиять на размер платы, теплоотдачу, метод сборки и общую производительность. Идеальная упаковка интегральной схемы также должна обеспечивать баланс между стоимостью, производительностью и технологичностью. Вот ключевые факторы, которые следует тщательно учитывать при принятии решения.

Размер печатной платы и ограничения по компоновке

Доступное пространство на плате обычно определяет, какой корпус микросхемы следует использовать. Если ваша конструкция компактна, CSP является идеальным вариантом. Но если пространство не является проблемой, более крупный корпус, такой как DIP, может быть проще в обращении при создании прототипа.

Управление тепловым режимом

Управление тепловым режимом является критически важным вопросом, особенно в случае интегральных схем (ИС) высокой мощности. Корпус ИС должен эффективно рассеивать тепло, выделяемое чипом, чтобы предотвратить перегрев и обеспечить надежную работу. Корпус должен быть спроектирован таким образом, чтобы обеспечить лучшую теплоотдачу, например, BAG.

Целостность сигнала

Длина выводов и паразитные эффекты могут повлиять на целостность сигнала. Для высокоскоростных или высокочастотных схем целостность сигнала имеет решающее значение. При выборе корпуса очень важно учитывать качество и стабильность передачи сигнала. Корпуса QFN с низкими паразитными параметрами являются идеальным выбором.

Требования к производительности

Корпус ИС должен соответствовать функциональным требованиям чипа. Если требуется большое количество выводов, рекомендуются современные типы корпусов ИС, такие как QFP или BGA. В противном случае подойдут более простые варианты, такие как корпуса DIP или SOP.

Соображения по стоимости

Более простые корпуса интегральных схем (такие как DIP или SOP) обычно менее затратны с точки зрения производства и сборки. Хотя современные корпуса могут иметь более высокую стоимость производства, они позволяют уменьшить размер платы и повысить производительность, что делает их практичным выбором для высокоплотных или сложных конструкций. Кроме того, экономическая эффективность корпуса интегральной схемы часто зависит от объема производства. В то время как корпуса DIP являются экономичными для мелкосерийного производства, варианты для поверхностного монтажа, такие как SOP или QFP, могут обеспечить лучшую экономическую эффективность при массовом производстве.

Типы корпусов ИС

Существуют различные типы корпусов ИС, каждый из которых обладает уникальными свойствами по размеру, производительности и тепловому управлению. Понимание этих типов корпусов ИС необходимо для выбора подходящего корпуса для вашей конструкции.

DIP (двойной линейный корпус)

Двойной линейный корпус IC — это распространенный тип корпуса IC со сквозными отверстиями, характеризующийся двумя параллельными рядами выводов, перпендикулярно выступающих из корпуса. Стандартный шаг выводов составляет 2,54 мм. Его общие размеры зависят от количества выводов, которое варьируется от 8 до сотен. Корпус DIP IC может быть как непосредственно припаян к плате, так и вставлен через разъем IC.

• Преимущества: простота обработки и пайки, идеально подходит для приложений с низкой плотностью, прочное соединение с печатной платой, удобство ремонта и обслуживания.
• Недостатки: большие габариты, ограниченная емкость в приложениях с высокой плотностью, склонность к возникновению проблем с емкостью и индуктивностью, ограниченные возможности ввода-вывода.
• Идеально подходит для: прототипирования, хобби-проектов, низкочастотных схем.
• Распространенные варианты DIP: SDIP (Shrink Dual In-line Package)

SOP (Small Outline Package)

SOP — это разновидность корпуса интегральной схемы для поверхностного монтажа, имеющая прямоугольную форму с двумя рядами выводов типа «крыло чайки» на противоположных сторонах. Он занимает меньше места и может быть непосредственно припаян к поверхности платы. SOP имеет сходство с SOIC (Small Outline Integrated Circuit), но отличается размерами и расстоянием между выводами. Шаг выводов корпусов SOP обычно составляет 1,27 мм или менее.

• Преимущества: небольшой размер, высокая плотность упаковки, легкий вес, отличная производительность, возможность автоматической сборки.
• Недостатки: ограниченное теплоотведение (по сравнению с DIP), ограниченное теплоотведение.
• Идеально подходит для: усилителей, микросхем памяти, миниатюрных электронных устройств, конструкций с высокой плотностью, портативных устройств.
• Распространенные варианты SOP: VSOP (Very Small Outline Package), SOJ (Small Out-Line J-Leaded Package), TSSOP (Thin Shrink Small Outline Package), SSOP (Shrink Small Outline Package), TSOP (Thin Small Outline Package), QSOP (Quarter Small Outline Package).

QFP (квадратный плоский корпус)

QFP имеет квадратный или прямоугольный корпус с выступающими «крыльями чайки» с четырех сторон. Этот тип корпуса интегральной схемы обычно имеет 32 или более выводов. Эти выводы очень тонкие и расположены в виде сетки, что позволяет припаивать их к печатной плате с помощью технологии поверхностного монтажа (SMT).

• Преимущества: компактность, большое количество выводов, простота пайки и проверки, идеально подходит для автоматизации, совместимость с разъемами.
• Недостатки: не идеально подходит для высокочастотных приложений, ограниченная теплопроводность.
• Идеально подходит для: бытовой электроники, систем управления, устройств связи, микропроцессоров, микросхем памяти.
• Распространенные варианты QFP: LQFP (низкопрофильный четырехугольный плоский корпус), TQFP (тонкий четырехугольный плоский корпус), PQFP (пластиковый четырехугольный плоский корпус), CQFP (керамический четырехугольный плоский корпус), VQFP (очень тонкий QFP), BQFP (четырехугольный плоский корпус с бампером).

QFN (квадратный плоский корпус без выводов)

Подобно QFP, QFP также имеет квадратную или прямоугольную форму. Основное отличие заключается в том, что корпус QFN IC имеет плоские проводящие контакты вместо выступающих выводов. Эти нижние контакты расположены по четырем сторонам корпуса. Корпус QFN имеет значительный открытый тепловой контакт в середине нижней части, обеспечивающий эффективный путь рассеивания тепла.

• Преимущества: превосходные электрические характеристики, легкий вес, компактная конструкция, отличные тепловые характеристики.
• Недостатки: сложность переработки, сложность пайки, повышенный риск образования паяных мостиков.
• Идеально подходит для: автомобильной электроники, мобильных устройств, высокоскоростных систем обработки данных,  высокочастотных приложений.
• Распространенные варианты QFN: QFN перфорационного типа, QFN пильного типа, QFN с пластиковым корпусом, QFN с воздушной полостью, QFN с перевернутым чипом, QFN с проволочной связью, QFN с смачиваемыми боковыми сторонами.

Если вы хотите узнать больше о различиях между корпусами QFP и QFN, мы рекомендуем прочитать: QFP vs QFN: в чем разница и как выбрать

BGA (Ball Grid Array)

В корпусах BGA микросхема крепится к печатной плате с помощью ряда шариков припоя, а не контактов ( ). Эти шарики припоя размещаются в виде сетки на нижней стороне и припаиваются к печатной плате с помощью процесса пайки оплавлением.

• Преимущества: низкая индуктивность, лучшее рассеивание тепла, отличные электрические характеристики, большое количество контактов.
• Недостатки: более высокая стоимость, сложность обнаружения и проверки, не подходит для этапа разработки.
• Идеально подходит для: компьютерного оборудования.
• Распространенные варианты BGA: PBGA (пластиковая шариковая решетка), PoP (пакет на пакете),  FCBGA (перевернутая шариковая решетка), CBGA (керамическая шариковая решетка), TBGA (ленточная шариковая решетка), MAPBGA (формованная шариковая решетка), TEPBGA (термоулучшенная пластиковая шариковая решетка).

LGA (Land Grid Array)

На нижней части LGA расположены аккуратно выровненные плоские металлические контакты, которые совмещаются с контактами на печатной плате для установления электрических соединений. Такая конструкция обеспечивает более высокую плотность контактов и, как следствие, лучшую производительность.

• Преимущества: высокая плотность контактов, сниженный риск повреждения контактов, простота проверки, совместимость с разъемами.
• Недостатки: сложность выравнивания при установке, ограниченное теплоотведение.
• Идеально подходит для: современных процессоров, ЦП, сетевых контроллеров, ПЛИС.

Чтобы лучше понять разницу между BGA и LGA, ознакомьтесь со статьей:LGA vs BGA: что выбрать?

CSP (корпус размером с чип)

Корпуса CSP обычно не превышают размеры самого полупроводникового чипа и, как правило, не превышают его размеры более чем в 1,2 раза. Такая конструкция обеспечивает лучшие электрические характеристики и позволяет устанавливать больше чипов на меньшей площади. Корпус CSP IC идеально подходит для компактных миниатюрных устройств.

Преимущества: меньший размер, меньший вес, улучшенные электрические характеристики, лучшее рассеивание тепла, экономичность.

Недостатки: высокая стоимость производства, ограниченные тепловые характеристики, проблемы с надежностью, сложность тестирования.

Идеально подходит для: смартфонов, планшетов, носимых устройств, имплантируемых и портативных медицинских устройств.

Распространенные варианты CSP: WL-CSP (CSP на уровне пластины), FC-CSP (CSP с перевернутым чипом), LFCSP (CSP с выводной рамкой)

Рекомендации по выбору корпусов ИС для типичных сценариев

В таблице ниже приведены рекомендуемые типы корпусов ИС для типичных сценариев, а также основные соображения, лежащие в основе каждой рекомендации.

Заключение

Очень важно выбрать правильный корпус для интегральной схемы. Перед тем, как сделать выбор, лучше учесть ключевые факторы, которые мы обсудили выше. Каждый проект имеет свои требования. Корпус, подходящий для бытовой электроники, такой как смартфоны, может не подходить для промышленного оборудования или аэрокосмической отрасли. Вам необходимо полностью понять требования вашего проекта, а затем сделать соответствующий выбор. Не беспокойтесь, если вы все еще не уверены. YONGVE всегда готова помочь. Наша цель — помочь вам найти лучший корпус микросхемы для ваших требований.