칩의 종류와 패키지

집적회로(IC)는 현대 전자 기술의 초석입니다. 그들은 대부분의 회로의 심장이자 두뇌입니다. 그것들은 어디에나 있으며 거의 ​​모든 회로 기판에서 찾을 수 있습니다.

집적 회로는 복잡한 기능 목표를 달성하기 위해 저항기, 트랜지스터, 커패시터 등의 전자 부품 모음을 작은 칩에 모두 넣고 함께 연결한 것입니다. 여기에는 회로 논리 게이트, 연산 증폭기, 타이머, 조정기, 회로 컨트롤러, 논리 컨트롤러, 마이크로프로세서, 메모리 등 다양한 기능 범주가 있습니다.

내부 IC

칩 내부는 실리콘 웨이퍼, 구리 및 기타 재료로 구성된 복잡한 회로 구조로, 서로 연결되어 저항기, 커패시터, 트랜지스터 또는 회로의 기타 구성 요소를 형성합니다. 처음에는 둥근 실리콘 웨이퍼 위에 칩을 만들고 배선이 완료된 후 웨이퍼를 작은 조각으로 잘라 칩을 만듭니다. 칩 자체도 작고, 이를 구성하는 반도체 칩과 구리층도 매우 얇다. 레이어 간의 연결은 복잡합니다.

칩은 응용회로의 가장 작은 단위이다. 칩이 너무 작아서 용접하거나 접합할 수 없기 때문입니다. 회로와 칩을 연결하는 작업을 쉽게 하기 위해서는 칩 패키징 기술을 활용해야 한다. 칩 패키징 기술은 작고 섬세한 실리콘 칩을 우리에게 익숙한 블랙칩으로 바꿔주는 기술입니다.

IC 패키징

패키징 기술은 완성된 칩을 만들고 이를 확장해 구조를 다른 회로와 쉽게 연결할 수 있도록 하는 기술이다. 칩의 각 외부 연결은 작은 길이의 금선을 통해 패키지의 패드 또는 핀에 연결됩니다. 핀은 칩 회로의 은색 압착 단자로, 회로의 나머지 부분에 계속 연결됩니다. 다양한 유형의 패키지가 있으며 각각 고유한 크기, 장착 유형 및/또는 핀 수가 있습니다. 아래 그림에는 각각 고유한 이름이 있는 수십 개의 칩 패키지가 나열되어 있습니다. 주요 포장 범주 중 일부는 다음 문서에서 자세히 설명합니다.

극성 마커 및 핀 번호

모든 칩에는 극성이 표시되어 있으며 각 핀의 위치와 기능은 고유합니다. 이는 패키지에 각 핀의 기능을 정의하는 방법이 있어야 함을 의미합니다. 대부분의 칩은 노치나 점을 사용하여 어떤 핀이 첫 번째인지 나타냅니다. (때로는 둘 다) 첫 번째 핀이 어디에 있는지 알고 나면 나머지 핀 코드는 칩에서 시계 반대 방향으로 증가합니다.

설치 모드

칩 패키지 유형의 주요 특징 중 하나는 회로 기판에 장착되는 방식입니다. 모든 패키지는 스루홀(PTH) 또는 표면 실장(SMD 또는 SMT)의 두 가지 실장 유형 중 하나에 속합니다. 스루홀 패키지는 일반적으로 더 크고 사용하기 쉽습니다. 보드의 한쪽 면을 통과한 다음 다른 면에 납땜하도록 설계되었습니다. 표면 패치 패키지는 보드의 같은 면에 위치하도록 설계되었으며 보드 표면에 용접됩니다. SMD 패키지의 핀은 두 종류가 있어야 합니다. 하나는 칩에 수직인 측면에서 그려집니다. 다른 하나는 칩 하단에 위치하며 매트릭스로 배열됩니다. 이러한 형태의 구성요소는 "수동 조립에 적합"하지 않습니다. 이 프로세스를 지원하려면 특별한 도구가 필요한 경우가 많습니다.

우리는 아래와 같은 다양한 일반적인 칩 패키징 형태를 자세히 설명합니다.

듀얼 인라인 패키지(DIP)

DIP(Dual In-line Package)는 가장 일반적인 스루홀 IC 패키지입니다. 이 작은 칩에는 두 줄의 평행 핀이 있고 직사각형의 검은색 플라스틱 껍질이 수직으로 돌출되어 있습니다.

SMD/SMT: 표면 실장

이제 다양한 표면 실장 패키지 유형이 있습니다. 일반적으로 PCB의 칩에 맞는 배선 패턴을 미리 만들어 용접해야 합니다. SMT 설치는 일반적으로 자동화가 필요한 장치입니다.

SOP: 소형 개요 패키지

SOP 패키징은 DIP용 표면 실장의 진화된 형태입니다. DIP의 모든 핀을 바깥쪽으로 구부린 다음 적절한 크기로 줄이면 단면 실장 SOP가 형성될 수 있습니다. 이 패키지는 손으로 납땜할 수 있는 가장 쉬운 SMD 부품 중 하나입니다. SOIC(소형 아웃라인 IC) 패키지에서 각 핀은 일반적으로 약 1.27mm(0.05인치)만큼 분리됩니다. SSOP(shrink small-outline package)는 SOIC 패키징의 축소 버전입니다. 다른 유사한 IC 패키지로는 TSOP(thin small-outline package)와 TSSOP(thin Shrink Small-Outline Package)가 있습니다.

QFP(쿼드 플랫 패키지)

IC 핀을 네 방향으로 모두 펼쳐서 QFP(4면 평면 패키지)처럼 보이게 합니다. QFP IC는 측면당 8개 핀(총 32개)에서 측면당 70개 핀(총 300개 이상)을 가질 수 있습니다. QFP IC의 핀 간격은 일반적으로 0.4mm에서 1mm 사이입니다. 표준 QFP, Thin QFP(TQFP: Thin QFP), VQFP(Very Thin Thin) 및 LQFP(Low Configuration) 패키지의 소형화된 변형이 있습니다.

QFN(쿼드 플랫 노리드)

QFP IC의 핀을 제거하고 핀을 4면 모서리로 축소하면 QFN(Quad-Flat No-Leads) 패키지처럼 보이는 것이 보입니다. QFN 패키지의 커넥터는 훨씬 작으며 IC 하단 가장자리에 노출됩니다.

Thin(TQFN), Ultra-thin(VQFN) 및 Micro-lead(MLF) 패키지는 표준 QFN 패키지의 변형입니다. 심지어 두 면에만 핀이 있는 DFN(듀얼 무연) 패키지와 얇은 TDFN(두연 무연) 패키지도 있습니다. 많은 마이크로프로세서, 센서 및 기타 새로운 IC가 QFP 또는 QFN 패키지로 제공됩니다. 널리 사용되는 ATmega328 마이크로컨트롤러는 TQFP 패키지 및 QFN 유형(MLF) 형태로 제공되는 반면, MPU-6050과 같은 마이크로 가속도계/자이로스코프는 마이크로 QFN 형태로 제공됩니다.

볼 그리드 어레이

마지막으로, 진정한 고급 집적 회로를 위해서는 BGA(볼 그리드 어레이) 패키지가 있습니다. 이것은 IC 하단에 작은 솔더 볼이 2차원 그리드로 배열된 복잡하고 미묘한 패키지입니다. 때로는 솔더볼이 칩에 직접 부착되는 경우도 있습니다!

BGA 패키지는 일반적으로 고급 마이크로프로세서에 사용됩니다. BGA 캡슐화 IC를 수동으로 용접할 수 있다면 자신을 용접 마스터라고 생각할 수 있습니다. 일반적으로 이러한 패키지를 PCB에 배치하려면 테이크 앤 플레이스 기계와 환류로를 포함하는 자동화된 프로세스가 필요합니다.

공통 IC

집적 회로는 전자 제품의 다양한 형태로 어디에나 존재하므로 모든 것을 포괄하기는 어렵습니다. 다음은 전자 제품에서 접할 수 있는 보다 일반적인 IC 중 일부입니다.

1, 논리 게이트, 타이머, 시프트 레지스터.

더 많은 집적 회로 자체의 빌딩 블록으로서 논리 게이트는 자체 집적 회로에 패키징될 수 있습니다. 일부 논리 게이트 IC는 패키지에 소수의 게이트를 포함할 수 있으며 논리 게이트는 집적 회로 내에 연결되어 타이머, 카운터, 래치, 시프트 레지스터 및 기타 기본 논리 회로를 생성할 수 있습니다. 이러한 간단한 회로의 대부분은 SOIC 및 SSOP뿐만 아니라 DIP 패키지에서도 찾을 수 있습니다.

2,마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, FPGA

마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서 및 FPGA는 모두 수천, 수백만, 심지어 수십억 개의 트랜지스터를 작은 칩에 담은 집적 회로입니다. 이러한 구성 요소는 기능적으로 복잡하고 크기도 매우 다양합니다. Arduino의 ATmega328과 같은 8비트 마이크로 컨트롤러부터 복잡한 64비트 멀티 코어 마이크로 프로세서까지 컴퓨터에 널리 사용되는 구성 요소입니다. 이러한 구성 요소는 일반적으로 회로에서 가장 큰 집적 회로이기도 합니다. 간단한 마이크로컨트롤러는 DIP부터 QFN/QFP까지의 패키지에서 찾을 수 있으며 핀 수는 8~100개입니다. 이러한 구성 요소의 복잡성이 증가함에 따라 패키징도 복잡해집니다. FPGA 및 복잡한 마이크로프로세서는 1,000개 이상의 핀을 가질 수 있으며 QFN, LGA 또는 BGA와 같은 고급 패키지에서만 사용할 수 있습니다.

3, 에스센서

온도 센서, 가속도계, 자이로스코프와 같은 최신 디지털 센서는 모두 하나의 집적 회로에 통합되어 있습니다. 이러한 IC는 일반적으로 마이크로컨트롤러나 보드의 다른 IC보다 작으며 핀 수는 3~20개입니다. 이제 대형 제어 칩에는 많은 센서가 직접 통합됩니다.

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