Il tipo e il pacchetto del chip

Il circuito integrato (IC) è la pietra angolare della moderna tecnologia elettronica. Sono il cuore e il cervello della maggior parte dei circuiti. Sono ovunque e puoi trovarli su quasi tutti i circuiti.

Un circuito integrato è un insieme di componenti elettronici: resistori, transistor, condensatori, ecc., tutti stipati in un piccolo chip e collegati insieme per raggiungere un obiettivo funzionale complesso. Hanno molte categorie funzionali: porte logiche di circuito, amplificatori operazionali, timer, regolatori, controllori di circuito, controllori logici, microprocessori, memoria... ecc.

Circuito integrato interno

L'interno di un chip è una struttura circuitale complessa composta da wafer di silicio, rame e altri materiali, collegati tra loro per formare resistori, condensatori, transistor o altri componenti nel circuito. I chip vengono inizialmente realizzati su wafer di silicio rotondi e, una volta completato il cablaggio, i wafer vengono tagliati in piccoli pezzi per formare il chip. Il chip stesso è piccolo e il chip semiconduttore e lo strato di rame di cui è costituito sono molto sottili. Le connessioni tra gli strati sono complesse.

Un chip è l'unità più piccola di un circuito applicativo. Perché i trucioli sono troppo piccoli per essere saldati o uniti. Per facilitare il lavoro di connessione del circuito al chip, è necessario utilizzare la tecnologia di confezionamento del chip. La tecnologia di confezionamento dei chip trasforma i piccoli e delicati chip di silicio nei chip neri che tutti conosciamo.

Confezione di circuiti integrati

La tecnologia di packaging crea un chip finito e lo estende per facilitare il collegamento delle strutture con altri circuiti. Ogni connessione esterna sul chip è collegata tramite un piccolo tratto di filo dorato a un pad o pin sulla confezione. Il pin è il terminale argentato sul circuito del chip, che continua a connettersi al resto del circuito. Esistono molti tipi diversi di pacchetti, ciascuno con dimensioni, tipo di montaggio e/o numero di pin univoci. La figura seguente elenca dozzine di pacchetti di chip, ciascuno con il proprio nome univoco. Alcune delle principali categorie di imballaggi sono discusse in dettaglio nei seguenti articoli.

Indicatore di polarità e numero pin

Tutti i chip sono contrassegnati con polarità e la posizione e la funzione di ciascun pin sono uniche. Ciò significa che il pacchetto deve avere un modo per definire la funzionalità di ciascun pin. La maggior parte dei chip utilizzerà una tacca o un punto per indicare quale pin è il primo. (a volte entrambi), una volta che sai dove si trova il primo pin, il resto del codice pin viene incrementato in senso antiorario sul chip.

Modalità di installazione

Una delle principali caratteristiche distintive dei tipi di pacchetti di chip è il modo in cui sono montati sul circuito. Tutti i pacchetti rientrano in uno di questi due tipi di montaggio: foro passante (PTH) o montaggio superficiale (SMD o SMT). I pacchetti a foro passante sono generalmente più grandi e più facili da usare. Sono progettati per passare attraverso un lato della scheda e quindi saldare sull'altro lato. Il pacchetto di patch di superficie è progettato per essere posizionato sullo stesso lato della scheda ed è saldato alla superficie della scheda. I pin del package SMD dovrebbero essere di due tipi, uno è disegnato lateralmente, perpendicolare al chip; L'altro si trova nella parte inferiore del chip ed è disposto a matrice. Questo tipo di componente non è del tutto "adatto al montaggio manuale". Spesso richiedono strumenti speciali per assistere in questo processo.

Facciamo un'illustrazione dettagliata delle varie forme comuni di confezionamento dei chip di seguito:

Pacchetto doppio in linea (DIP)

DIP, abbreviazione di dual in-line package, è il pacchetto IC a foro passante più comune. Questi minuscoli chip hanno due file di pin paralleli e un guscio rettangolare di plastica nera sporge verticalmente.

SMD/SMT: montaggio superficiale

Ora è disponibile un'ampia varietà di tipi di pacchetti a montaggio superficiale. Di solito è necessario creare in anticipo uno schema di cablaggio corrispondente al chip sul PCB e saldarlo. L'installazione di SMT è solitamente un dispositivo che richiede automazione.

SOP: pacchetto con struttura piccola

L'imballaggio SOP è una forma evoluta di montaggio superficiale per DIP. Se tutti i perni del DIP vengono piegati verso l'esterno e poi ridotti alla dimensione appropriata, è possibile formare un SOP montato su un solo lato. Questo pacchetto è una delle parti SMD più facili da saldare a mano. Sui contenitori SOIC (IC di piccole dimensioni), ciascun pin è generalmente separato di circa 0,05 pollici (1,27 mm). SSOP (shrink small-outline package) è una versione ridotta del packaging SOIC. Altri pacchetti IC simili includono TSOP (pacchetto sottile di piccole dimensioni) e TSSOP (pacchetto sottile termoretraibile di piccole dimensioni).

QFP （Pacchetto Quad Flat）

Apri i pin del circuito integrato in tutte e quattro le direzioni in modo che assomiglino a un pacchetto piatto a quattro lati (QFP). I circuiti integrati QFP possono avere da 8 pin per lato (32 in totale) a 70 pin per lato (più di 300 in totale). La spaziatura dei pin su un IC QFP è solitamente compresa tra 0,4 mm e 1 mm. Esistono alcune variazioni miniaturizzate dei pacchetti QFP standard, QFP sottile (TQFP: thin QFP), Very Thin Thin (VQFP) e Low Configuration (LQFP).

QFN (Quad Flat senza cavi)

Rimuovendo i pin dell'IC QFP e restringendo i pin sugli angoli dei quattro lati si ottiene qualcosa che assomiglia a un pacchetto QFN (Quad-Flat No-leads). Il connettore sul contenitore QFN è molto più piccolo, esposto sul bordo inferiore dell'IC.

I pacchetti Thin (TQFN), Ultra-sottile (VQFN) e Micro-lead (MLF) sono varianti del pacchetto QFN standard. Sono disponibili anche package dual no-lead (DFN) e thin dual no-lead (TDFN) con pin solo su due lati. Molti microprocessori, sensori e altri nuovi circuiti integrati sono disponibili in pacchetti QFP o QFN. Il popolare microcontrollore ATmega328 è disponibile nel pacchetto TQFP e nel formato di tipo QFN (MLF), mentre i micro accelerometri/giroscopi come MPU-6050 sono disponibili nel formato micro QFN.

Matrici di griglie di sfere

Infine, per i circuiti integrati veramente avanzati, sono disponibili i pacchetti BGA (ball-grid array). Si tratta di un pacchetto complesso e sottile in cui piccole sfere di saldatura sono disposte in una griglia bidimensionale nella parte inferiore del circuito integrato. A volte la sfera di saldatura è attaccata direttamente al chip!

I pacchetti BGA vengono generalmente utilizzati su microprocessori avanzati. Se riesci a saldare manualmente un circuito integrato incapsulato bga, puoi considerarti un maestro saldatore. In genere, il posizionamento di questi pacchetti sul PCB richiede un processo automatizzato che include una macchina "take-and-place" e un forno a riflusso.

CI comune

I circuiti integrati sono onnipresenti nell'elettronica in così tante forme che è difficile coprire tutto. Ecco alcuni dei circuiti integrati più comuni che potresti incontrare nell'elettronica.

1, porta logica, timer, registro a scorrimento.

Come elementi costitutivi di più circuiti integrati stessi, le porte logiche possono essere inserite nei propri circuiti integrati. Alcuni circuiti integrati di porte logiche possono contenere un numero limitato di porte in un pacchetto e le porte logiche possono essere collegate all'interno di circuiti integrati per creare timer, contatori, latch, registri a scorrimento e altri circuiti logici di base. La maggior parte di questi semplici circuiti può essere trovata nei pacchetti DIP, nonché in SOIC e SSOP.

2,Microcontrollori, microprocessori, FPGA

Microcontrollori, microprocessori e FPGA sono tutti circuiti integrati che racchiudono migliaia, milioni o addirittura miliardi di transistor in un piccolo chip. Questi componenti sono funzionalmente complessi e variano ampiamente in termini di dimensioni. Dai microcontrollori a 8 bit, come l'ATmega328 in Arduino, ai complessi microprocessori multi-core a 64 bit, questi sono componenti ampiamente utilizzati nei computer. Questi componenti sono solitamente anche i circuiti integrati più grandi del circuito. Microcontroller semplici possono essere trovati in package da DIP a QFN/QFP, con un numero di pin compreso tra 8 e 100. Con l'aumentare della complessità di questi componenti, aumenta anche la complessità del packaging. Gli FPGA e i microprocessori complessi possono avere più di mille pin e possono essere utilizzati solo in pacchetti avanzati come QFN, LGA o BGA.

3, Ssensore

I moderni sensori digitali come sensori di temperatura, accelerometri e giroscopi sono tutti integrati in un unico circuito integrato. Questi circuiti integrati sono in genere più piccoli di altri circuiti integrati su microcontrollori o schede, con un numero di pin compreso tra 3 e 20. Ora, nel chip di controllo di grandi dimensioni, molti sensori saranno integrati direttamente al suo interno.

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