dip компоненты что это такое
Dip компоненты что это такое
DIP (Dual In-line Package, также DIL) — тип корпуса микросхем, микросборок и некоторых других электронных компонентов. Имеет прямоугольную форму с двумя рядами выводов по длинным сторонам. Может быть выполнен из пластика (PDIP) или керамики (CDIP). Керамический корпус применяется из-за схожего с кристаллом коэффициента температурного расширения. При значительных и многочисленных перепадах температур в керамическом корпусе возникают заметно меньшие механические напряжения кристалла, что снижает риск его механического разрушения или отслоения контактных проводников. Также, многие элементы в кристалле способны менять свои электрические характеристики под воздействием напряжений и деформаций, что сказывается на характеристиках микросхемы в целом. Керамические корпуса микросхем применяются в технике, работающей в жёстких климатических условиях.
Обычно в обозначении также указывается число выводов. Например, корпус микросхемы распространённой серии ТТЛ-логики 7400, имеющий 14 выводов, может обозначаться как DIP14.
В корпусе DIP могут выпускаться различные полупроводниковые или пассивные компоненты — микросхемы, сборки диодов, транзисторов, резисторов, малогабаритные переключатели. Компоненты могут непосредственно впаиваться в печатную плату, также могут использоваться недорогие разъёмы для снижения риска повреждения компонента при пайке. На радиолюбительском жаргоне такие разъёмы именуются «панелька» или «кроватка». Бывают зажимные и цанговые. Последние имеют больший ресурс (на переподключение микросхемы), однако хуже фиксируют корпус.
Корпус DIP был разработан компанией Fairchild Semiconductor в 1965 году. Его появление позволило увеличить плотность монтажа по сравнению с применявшимися ранее круглыми корпусами. Корпус хорошо подходит для автоматизированной сборки. Однако, размеры корпуса оставались относительно большими по сравнению с размерами полупроводникового кристалла. Корпуса DIP широко использовались в 1970-х и 1980-х годах. Впоследствии широкое распространение получили корпуса для поверхностного монтажа, в частности PLCC и SOIC, имевшие меньшие габариты. Выпуск некоторых компонентов в корпусах DIP продолжается в настоящее время, однако большинство компонентов, разработанных в 2000-х годах, не выпускаются в таких корпусах. Компоненты в DIP-корпусах удобнее применять при макетировании устройств без пайки на специальных платах-бредбордах.
Корпуса DIP долгое время сохраняли популярность для программируемых устройств, таких как ПЗУ и простые ПЛИС (GAL) — корпус с разъёмом позволяет легко производить программирование компонента вне устройства. В настоящее время это преимущество потеряло актуальность в связи с развитием технологии внутрисхемного программирования.
Выводы
Компоненты в корпусах DIP обычно имеют от 8 до 40 выводов, также существуют компоненты с меньшим или большим чётным количеством выводов. Большинство компонентов имеет шаг выводов в 0,1 дюйма (2,54 миллиметра) и расстояние между рядами 0,3 или 0,6 дюйма (7,62 или 15,24 миллиметра). Стандарты JEDEC также определяют возможные расстояния между рядами 0,4 и 0,9 дюйма (10,16 и 22,86 миллиметров) с количеством выводов до 64, однако такие корпуса используются редко. В бывшем СССР и странах Восточного блока для корпусов DIP использовалась метрическая система и шаг выводов 2,5 миллиметра. Из-за этого советские аналоги западных микросхем плохо входят в разъёмы и платы, изготовленные для западных микросхем (и наоборот). Особенно остро это ощущается на корпусах с большим числом выводов.
Выводы нумеруются против часовой стрелки начиная с левого верхнего. Первый вывод определяется с помощью «ключа» — выемки на краю корпуса. Когда микросхема расположена маркировкой к наблюдателю и ключом вверх, первый вывод будет сверху и слева. Счёт идёт вниз по левой стороне корпуса и продолжается вверх по правой стороне.
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.
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.
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.
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).
Также существует версия корпуса с загнутыми под корпус (в виде буквы J) выводами. Такой тип корпуса обозначается как SOJ (Small-Outline J-leaded).
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.
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.
Автоматизированная установка и пайка компонентов в технологии сквозного монтажа печатных плат
В случае автоматизации процессов монтажа общая последовательность операций включает в себя установку элементов, а затем пайку. (При нанесении в отверстия паяльной пасты используются несколько другие этапы, поскольку пасту можно наносить как перед, так и после установки компонентов на печатную плату.)
Компоненты
Установка компонентов на плату, как правило, осуществляется в следующем порядке:
Далее по тексту приводится краткое описание каждого типа компонентов, а также их автоматический монтаж.
Выбор соответствующего установочного оборудования, осуществляющего автоматический монтаж, зависит от объема производства и ассортимента продукции (с различной плотностью компонентов. размерами платы и т.д.), которая должна быть собрана на заводе. Эти факторы определяют физические размеры машины, скорость установки, а также характеристики обработки компонентов при их установке на печатную плату.
1. Компоненты в корпусах с двухрядным расположением выводов (DIP)
Первым этапом автоматизированного процесса монтажа является установка компонентов на печатную плату в DIP-корпусах. Обычно DIP-корпуса (рисунок 1) производятся двух типоразмеров по ширине: 7,6 мм или 15,2 мм. Длина корпуса зависит от количества выводов. Например, DIP-корпус с шестью штырьками может иметь одинаковую ширину и длину – 7,6 мм. С другой стороны, DIP- корпус с 42 штырьками имеет ширину 15,2 мм и длину 54,6 мм. DIP-корпуса длиной 61 см обычно помещают в пластиковые трубки (пеналы). В установочном автомате, осуществляющем установку компонентов на печатную плату, эти трубки размещают в магазинах вертикально. Захват установочной головки выбирает соответствующий корпус и переносит его в центр автомата для установки на печатную плату. Во время установки инструменты в головке удерживают корпус за выводы. Инструменты в головке автоматического установщика для качественной установки элементов на плату могут заменяться в зависимости от размера DIP-корпусов.
Рисунок 1 – Пример элемента печатной платы, в DIP-копусе
Корпуса с двухрядным расположением выводов обычно изготавливают литыми из пластика (PDIP) или делают керамическими (CerDIP, или просто CDIP). Финишное покрытие PDIP-корпусов обычно состоит из никелевого гальванического покрытия (паяемый слой) и слоя Sn-Pb (защитное покрытие) поверх медной рамки. Оловянно-свинцовое покрытие было заменено слоем 100% олова в соответствии с экологическими требованиями. Выводы компонентов в CDIP-корпусах сделаны из железных сплавов с низким температурным коэффициентом линейного расширения, они имеют либо медное покрытие для пайки, либо никелевое покрытие (паяемый слой), над которым находится слой из золота (защитный слой). Хотя производители редко выпускают DIP-корпуса для установки на печатную плату с покрытием для горячей пайки погружением, последнее может наноситься во время послепродажного обслуживания, перед автоматическим монтажом на печатную плату, чтобы предотвратить образование оловянных усов при использовании покрытий из 100% олова или охрупчивания покрытий из золота. Помимо возможных забиваний отверстий покрытиями для горячей пайки погружением иногда возникает необходимость вскрытия и изготовления нового корпуса, что потенциально может повредить выводы и увеличить общие затраты на установку и монтаж компонентов печатной платы.
2. Компоненты в корпусах с осевыми выводами.
После установки на печатную плату компонентов в DIP-корпусах осуществляется установка компонентов в корпусах с осевыми выводами, которые производитель поставляет наклеенными на ленту во избежание возможного повреждения. Перед автоматическим монтажом компонентов она должна быть проверена на соответствие спецификации EIA № 296-Е. Примеры компонентов в корпусах с осевыми выводами приведены на рисунке 2.
Рисунок 2 – Пример элементов с осевыми выводами
В процессе их автоматической установки на печатную плату машина отрезает компоненты с осевыми выводами от ленты, формируя из них последовательность для подачи в установочную головку. Выводы у данных устройств обычно сделаны из меди или из железного сплава с медным покрытием. Для сохранения паяемости выводов используются оловянно-свинцовые покрытия или покрытия из чистого олова. Покрытия для горячей пайки погружением (Sn-Pb и бессвинцовые) все чаще замещают покрытия из чистого олова при автоматическом монтаже компонентов на печатную плату, особенно в изделиях высокой надежности. Толщина покрытия должна быть учтена при расчете допусков на диаметры отверстия и вывода. Кроме того, покрытия для горячей пайки погружением часто имеют разную толщину, увеличиваясь к концу вывода, где происходит скопление расплавленного припоя перед его затвердеванием.
Выбор соответствующего автомата для установки компонентов на плату зависит от объема производства и ассортимента продукции (с различной плотностью монтажа, размерами платы и т.д.), монтаж которой осуществляют на заводе. Эти факторы определяют габаритные размеры автоматического установщика компонентов на печатную плату, скорость установки, а также параметры установки компонентов.
Элементы с осевыми выводами устанавливают перед компонентами с радиальными выводами, потому что, как правило, первые по размеру меньше вторых. Поскольку инструменты для установки на печатную плату, используемые для компонентов с осевыми выводами, также меньше по размеру, подобный порядок установки способствует высокой плотности монтажа.
3. Компоненты в корпусах с радиальными выводами.
После компонентов в DIP – корпусах и компонентов в корпусах с осевыми выводами на печатную плату устанавливают компоненты с радиальными выводами. Эти компоненты могут значительно отличаться по размеру, форме, высоте и массе (рисунок 3).
Рисунок 3 – Пример элементов с радиальными выводами
Покрытия выводов по типу и толщине идентичны покрытиям компонентов с осевыми выводами. Возможным исключением являются компоненты в герметичных корпусах, такие, как устройства с активным кремниевым кристаллом в цилиндрическом корпусе TO-5, оптоэлектронные компоненты и реле. Выводы таких устройств обычно изготовлены из железных сплавов с низким температурным коэффициентом линейного расширения, благодаря чему они могут быть герметично запечатаны в металлостеклянном держателе.
Компоненты с радиальными выводами перед установкой на печатную плату наклеивают на ленту. Автомат для монтажа компонентов с радиальными выводами снимает их с ленты и устанавливает в той последовательности, в которой они должны быть расположены на печатной плате. Для этого используется та же установочная головка, как и в других монтажных автоматах. Автоматы для монтажа компонентов с радиальными выводами сконструированы таким образом, чтобы при установке элементов на печатную плату обходить уже установленные компоненты в DIP-корпусах и корпусах с осевыми выводами.
4. Компоненты сложной формы.
На печатную плату компоненты сложной формы устанавливают в последнюю очередь. Компоненты этого типа заключены в такие корпуса, которые по определению не предназначены для автоматизированного монтажа по следующим причинам:
Для устройств большой мощности часто требуются различные компоненты сложной формы, включая устройства в негабаритных DIP-корпусах, компоненты с осевым и радиальным расположением выводов. Кроме того, к компонентам сложной формы относятся трансформаторы, выключатели, реле, разъемы. Один из компонентов сложной формы приведен на рисунке 4. Негабаритный размер и сложная геометрия таких компонентов часто сопровождаются необычной конфигурацией выводов и использованием различных материалов.
Рисунок 4 – Пример элементов сложной формы
Оборудование для установки компонентов в отверстия.
Поскольку спрос на печатные платы со сквозными отверстиями по-прежнему достаточно высок, постоянно разрабатывается оборудование с улучшенными возможностями монтажа. Бесщеточные сервомоторы, современные контроллеры управления движением и датчики движения заменили большинство агрегатов с пневматическим двигателем и громоздкими (и медленными) механическими переключателями и реле. Некоторые автоматы способны перед установкой тестировать электрические характеристики компонентов. При автоматической установке элементов на печатную плату со скоростью до 40 000 компонентов в час, интенсивность отказов составляет пару сотен компонентов на миллион или ниже для обычных компонентов с осевыми и радиальными выводами. Сменный инструмент позволяет автоматизировать монтаж, в частности установку, многих компонентов сложной формы на печатную плату. Внедрение бессвинцовой технологии пайки не оказало большого влияния на применение монтажного оборудования.