Escolhendo a Embalagem de CI Correta: Guia de Tipos e Critérios de Seleção

O CI é um dos componentes essenciais de quase toda tecnologia, por isso continua a passar por extenso crescimento. Você trabalha na indústria eletrônica? Se sim, deve compreender a importância da embalagem de CI. Com embalagem eficiente, você protege seus produtos eletrônicos, como PCBs, contra corrosão ou danos físicos.

Ao ler este artigo, você entenderá mais sobre a importância da embalagem de CI. Melhor ainda, conhecerá vários tipos de embalagem de CI e qual mais lhe convém.

(Um CI em fundo branco isolado)

1. O que é Embalagem de CI?

CI é o material contendo um dispositivo semicondutor. Se você abrir sua placa de circuito impresso, verá eles. Por outro lado, a embalagem é uma caixa que envolve o material do circuito para protegê-los, especialmente contra corrosão. Também dá espaço para fácil montagem de contatos eletrônicos em um PCB.

Na fabricação de CIs, a embalagem é essencial, embora venha por último no processo. Portanto, embalagem de CI é o invólucro cujo objetivo é proteger componentes elétricos contra danos físicos e corrosão. Também auxilia na fixação de terminais e pinos de contato que conectam um dispositivo a circuitos externos.

2. Quais são os Tipos de Embalagem de CI?

Dois tipos de embalagem de CI são mais padrão. Eles dependem de sua maneira de montagem em uma placa de circuito impresso. São eles:

2.1 Embalagem de Montagem Through-Hole

O design da embalagem de montagem through-hole é simples. Aqui, você monta os pinos de terminal através de um lado da placa e solda do outro lado. Encontram uso pesado em equipamentos eletrônicos como meio de compensar limitações de custo e espaço da placa. Sob montagem through-hole, encontramos os seguintes tipos de embalagens:

Embalagem DIP:

Estas são algumas das embalagens de CI mais utilizadas. Se você for atento, notará que os pinos são paralelos entre si. Também se estendem de forma perpendicular e são dispostos em uma carcaça plástica preta. A carcaça é retangular na maioria dos casos. Baseado no tamanho e diferença no PIN, os tamanhos da embalagem variam. Na maioria, os números variam de 4 a 64. Existem vários tipos de embalagens DIP. No entanto, Molded Dual In-Line Package (MDIP) e Plastic Dual In-Line Package (PDIP) são as mais comuns.

Standard:

Standard é outro tipo de embalagem de montagem through-hole. Se você não sabia, Standard é o tipo mais comum e popular de embalagem de CI. Muitos montadores de PCB e profissionais da indústria eletrônica confiam neste tipo de embalagem. O espaçamento dos pinos aqui é de 0,1 polegadas. O espaço entre as fileiras de terminais neste tipo de embalagem é 7,62 mm.

Shrink:

Shrink também é outro popular pacote de montagem de circuito integrado through-hole. Embora shrinks sejam bastante semelhantes aos standard, o pitch do terminal é 1,778 mm. São um pouco menores e tendem a empregar embalagem de alta densidade de pinos.

Zigzag (ZIP) em pacote linear:

A inserção dos pinos neste tipo de embalagem é perpendicular à placa de circuito. O alinhamento dos pinos no pacote é vertical e tendem a ficar próximos uns dos outros. A embalagem linear Zigzag não era tão popular na indústria eletrônica. Zigzag entra para a história como uma tecnologia de vida curta que viu uso pesado principalmente em chips de RAM dinâmica. Hoje, não muitos fabricantes de eletrônicos pensam em usá-la como embalagens de CI. A maioria confia em Embalagem DIP, Standard e Shrink.

2.1.1 Embalagem de Montagem Superficial

Embalagem de montagem superficial é a tecnologia que envolve pegar e colocar componentes em um PCB nu. Embora este processo de fabricação seja bastante rápido, pode vir com defeitos do outro lado. Defeitos podem surgir devido à miniaturização de componentes, comum neste tipo de tecnologia.

Quando você coloca peças próximas umas das outras, torna-se impossível detectar defeitos. No entanto, é uma forma de embalagem de CI. Fabricantes podem alcançar embalagem de CI de montagem superficial de duas maneiras, como explicado abaixo:

Pacote de terminal pequeno em forma de L - Este tipo de embalagem consiste de terminais tipo asa de gaivota. Estes terminais tendem a se estender corretamente em qualquer direção em forma de L a partir do corpo. Fabricantes podem montá-los facilmente na placa baseados em suas formas retangulares simples com bordas horizontais. Estes tipos de embalagens são prevalentes em circuitos integrados usados para alimentar memórias flash e RAM.

Ball Grid Array (BGA) - Um ball grid array ou BGA, em resumo, é um chip que carrega um pacote de montagem superficial visto principalmente em computadores. Mas diferentemente de outros pacotes de CI onde um perímetro pode conectar, toda a superfície inferior é facilmente montável em BGA. Baseado em conexões de esferas mais curtas, você notará que BGAs oferecem aos CIs algumas das maiores velocidades. Ball Grid Arrays são outros tipos de pacotes de CI que usam moldes plásticos.

2.2 Classificação de Pacotes de CI por Estrutura

Baseado na formação, há uma variedade de maneiras de categorizar pacotes de CI. Existem dois tipos comuns de pacotes de CI: tipo lead frame e tipo substrato. Embalagem lead frame encontra uso pesado em quase toda embalagem de CI. Na embalagem lead frame, o frame consiste em uma fina camada de cobre. Importante notar que neste tipo de embalagem, um tamanho nem sempre serve para todos. Mais frequentemente, clientes pedem lead frames personalizados. Tudo depende do tamanho dos CIs na placa de circuito impresso.

Além do tipo lead frame, há a embalagem de tipo substrato de CIs em uma placa de circuito. Aqui, um substrato de pacote é usado para embalar os CIs principais. Embalagem de CI lead frame garante a transmissão de sinais elétricos entre os CIs e a placa de circuito. Este tipo de embalagem é ideal pois protege semicondutores caros de instâncias de estresse externo.

Além da embalagem básica lead frame e tipo substrato, existem outras que valem a pena notar. As seguintes são algumas delas:

Pin Grid Array

Pin grid array é um padrão de embalagem de circuito integrado que encontra grande aplicabilidade em muitos processadores de segunda a quinta geração. O soquete depende deles mais, com os pacotes de array sendo quadrados ou retangulares. Pin grid é ideal para processadores consistindo de barramentos de dados de largura maior, pois podem lidar corretamente com as conexões necessárias. Este tipo de embalagem de circuito integrado vem com algumas vantagens. Por exemplo, há muitos pinos por circuito integrado e é mais barato que BGA.

Embalagem Plana Quadrada (Lead Frame sem Chumbo)

Enquanto CIs existiram, também existe embalagem com chumbo. Este tipo de embalagem é fácil de identificar pois apresentam um die semicondutor com o resto do CI encapsulado em molde plástico. Aqui, os terminais metálicos cercam o perímetro do pacote. Além disso, o nome embalagem plana quadrada é um dos tipos de pacote mais utilizados. A maioria dos fabricantes de PCB usa este tipo de embalagem de CI ao fabricar suas placas.

Quad Flat No-Lead

Finalmente, mas não menos importante, é a embalagem de CI Quad Flat No-Lead. É uma embalagem de CI minúscula ou miniatura. Este tipo de embalagem depende tipicamente do tamanho do chip e é mais comum em montagem superficial. Principalmente, placas de circuito integrado de grande porte dependem deste tipo de embalagem. No entanto, você precisa saber que a tecnologia Surface Mount Device (SMD) se aplica fortemente aqui. Embalagem Quad Flat No-Lead é de baixo custo e ideal para uso de alta frequência. Ainda, é relativamente fácil operá-los e muito alta em matéria de confiabilidade.

(Um CI through-hole)

3. Montagem Through-Hole VS Montagem Superficial

Como observado anteriormente, dois tipos de embalagem de CI são comuns: montagem through-hole e montagem superficial. Os seguintes são áreas notáveis de comparação entre os dois.

Tamanho:

Montagem through-hole requer componentes grandes. Se você comparar os tamanhos de CIs em PCBs plated-through hole e aqueles sob SMT, notará uma grande diferença. SMT permite tamanho menor de PCB, significando que os CIs aqui são pequenos e compactos, diferente do plated through-hole.

Se você se preocupa com tamanho ao embalar seus CIs, sua melhor escolha é montagem superficial over through-hole. Como a montagem superficial é pequena, significa que você também economiza espaço.

Densidade de Componentes:

Embalagem de CI de montagem superficial resulta em alta densidade de componentes, diferente da embalagem through-hole. Com montagem superficial, é possível encaixar tudo em um espaço muito menor enquanto se alcança funcionalidade. Não é o caso do through-hole, onde componentes tendem a ser muito grandes.

Por exemplo, vários processadores dual in-line de 14 ou 16 pinos medindo cerca de 20 mm x 9 mm podem caber perfeitamente em uma área de 6,5 cm² ou menor. Mas por outro lado, isso seria impossível se fosse embalagem plated through-hole.

Correção de Erros de Montagem:

Em algum ponto, erros são propensos a ocorrer independentemente do tipo de tecnologia empregada. Quando erros ocorrem, correção ou reparos podem ser necessários. Olhando para correção de erros, você pode realizar bastante rápido com pacotes plated through-hole.

Os componentes são grandes o suficiente para visibilidade e facilidade de reparo. Mas tal nem sempre é o caso com SMT. Como as peças tendem a ser pequenas e ficam próximas umas das outras, a correção de erros torna-se complicada.

Compatibilidade Eletromagnética:

Compatibilidade eletromagnética é a capacidade de componentes eletrônicos funcionarem como desejado. Devem fazê-lo em seu ambiente eletromagnético.

Há melhor compatibilidade eletromagnética em SMT comparado ao through-hole. A razão é que SMT oferece um caminho de retorno mais curto. O caminho de retorno mais rápido ocorre pois componentes ficam próximos uns dos outros, oposto ao through-hole.

Custo:

Com through-hole, há economia significativa de custo, diferente de SMT. Por exemplo, embalagem usando through-hole não requer uso de equipamentos detalhados e caros.

Este tipo de montagem pode economizar centenas de milhares de dólares para fabricantes de circuitos. Mas quando se trata de montagem superficial, os custos de fabricação tendem a ser ligeiramente maiores. Por exemplo, fabricantes têm que utilizar uma máquina pick-and-place, uma das mais caras do mercado.

(Um PCB montado superficialmente)

4. Material de Embalagem de Circuito Integrado

Embalagem eletrônica é uma das aplicações mais intensivas em materiais ultimamente. Fabricantes precisam usar vários materiais aqui.

Embalagem de CI - Tipos de Materiais:

Os tipos de materiais incluem semicondutores, vidros, cerâmicas, compósitos, metais e polímeros. Vidros e cerâmicas funcionam como isolantes ou dielétricos, enquanto polímeros funcionam como condutores.

Metais, por outro lado, funcionam como condutores no pacote. Compósitos contêm uma mistura de materiais que podem funcionar como condutores elétricos ou melhorias térmicas.

Embalagem de CI - Material de Patch:

Você terá que usar para fazer patches caso se encontre em tal situação. Um patch é um pedaço de tecido que cobre uma abertura indesejável.

Existem muitos materiais de patch que você pode usar. Durante embalagem de CI, você pode usar vários deles. No entanto, alguns dos materiais ideais são materiais piezoelétricos.

Embalagem de CI - Vedante:

Por fim, quando se trata de embalagem de CI, você frequentemente ouvirá falar de vedante. Mas o que são vedantes e alguns de seus usos? Assim como o nome diz, um adesivo é um material que indivíduos usam para vedar qualquer coisa que queiram fechar. A função principal dos vedantes é garantir que os dispositivos de vedação sejam à prova d'água ou herméticos.

Durante embalagem de CI, vedantes são necessários pois garantem que água ou ar não danifiquem o resto do CI. Por essas razões, vedantes são obrigatórios. Vedante de silicone surge como um dos tipos ideais de adesivos a usar. São duradouros e perfeitos para proteger todo o pacote contra corrosão.

(Materiais de embalagem de CI)

5. Método de Montagem de Embalagem de CI

Montagem de CI conecta eletronicamente os pads de ligação de entrada e saída encontrados no CI aos pads de ligação correspondentes no pacote. No nosso caso, a caixa é uma placa de circuito impresso de nível de sistema. Existem vários tipos de embalagem de CI que fabricantes usam. Alguns dos mais comuns incluem:

Embalagem de CI - Dual-in-line Package:

Um pacote Dual-in-line ou apenas DIP, em resumo, é um dos métodos de montagem mais comuns de embalagem de CI. Um pacote dual in-line é um pacote de dispositivo eletrônico consistindo de carcaça retangular. Tem duas fileiras paralelas adjacentes de pinos de conexão elétrica.

Observe que a caixa pode ser montada through-hole no PCB ou apenas inserida em um soquete. Se você for atento, perceberá que a maioria das pessoas refere DIP a DIPn. Aqui, n refere-se ao número total de pinos. Por exemplo, um pacote de microcircuito com duas fileiras consistindo de oito terminais verticais seria um DIP18.

Embalagem de CI - Small Outline Package:

Um small outline package é outro método de montagem de embalagem de CI que fabricantes usam para alcançar embalagem de CI, especialmente se forem pequenos. O small outline package é ligeiramente mais estreito e curto que DIPs. O pitch lateral é 6 mm, enquanto a largura do corpo é 3,9 mm. No entanto, você precisa estar ciente que as dimensões diferem dependendo do pacote em questão.

Embalagem de CI - Ball Grid Array:

Os ball grid arrays usam várias montagens para fornecer pacotes de 250 a 1089 entradas e saídas. Também é um dos métodos de montagem de CI mais comuns.

Embalagem de CI - Quad Flat Package:

O Quad Flat Package é um método de montagem de CI que muitos fabricantes usam. A razão para seu uso pesado é que permite uma grande razão.

Permite que CIs SMD consistindo de altas interconexões encontrem fácil uso em circuitos eletrônicos. Circuitos integrados quad flat pack estão em vários formatos com pinos que variam em número.

(Uma embalagem de CI Dual-in-line)

6. Como Devemos Escolher o Tipo de Embalagem de CI?

Antes de prosseguir, precisamos enfatizar a importância de boa embalagem. Circuitos integrados devem permanecer em uma embalagem para garantir manuseio suave e montagem em PCBs. Escolher o pacote certo é essencial, pois evitará casos de dano e corrosão. Então, como escolher o tipo certo de embalagem de CI? Continue lendo para entender.

• Número de I/Os - Primeiro, o número de I/Os importa ao escolher o pacote. Aqui, BGAs são as melhores para suas altas contagens de pinos. Mas se você está no mercado para uma contagem de pinos menor, então o pacote QFN será ideal para você.
• Gerenciamento de calor - Segundo, você precisa considerar questões de gerenciamento de calor. Hoje, os tamanhos dos CIs tendem a ser menores mas com máscaras de solda mais extensas para prevenir vazamento de componentes elétricos e térmicos. Certifique-se de discutir com seu fornecedor de PCB as capacidades. Como tal, eles provavelmente produzirão muito calor, razão pela qual o gerenciamento de calor importa. Por outro lado, BGAs tendem a exibir dissipação de calor eficaz, razão pela qual você pode querer optar por eles.
• I/Os de alta velocidade - Terceiro, ao escolher sua embalagem de CI, observe questões como I/Os de Alta Velocidade. A qualquer momento, você não quer interferir com a qualidade do pacote para interconectar sinais I/O do CI. Para os melhores sinais de alta frequência, considere flip BGA.
• Montagem de PCB - Por fim, montagem de PCB importa. Você pode ter a montagem do seu pacote de CI no menor tempo possível? Certifique-se de considerar este fator antecipadamente, pois nem todo fornecedor pode oferecer o que você quer.

(Um chip CI montado corretamente)

7. Usos e Vantagens da Embalagem de CI

CI desempenha vários papéis essenciais em quase todos os circuitos eletrônicos. Eles realizam todo o processamento de dados e cálculos. CI também é um dos elementos mais críticos de armazenamento de dados. Sem CIs, um circuito eletrônico (como um PCB) não funcionará como pretendido.

Embalagem de CI vem com vários méritos notáveis. Por exemplo, embalagem de CI garante proteção do componente contra dano e corrosão. Também garante que haja fluxo adequado de corrente por todo o sistema.

Embalagem de CI também é benéfica, com o pacote atuando como mecanismo de "afastamento" das conexões do pitch apertado no die do CI. A caixa espalha estes mecanismos para áreas de pitch amplo que a maioria dos fabricantes de PCB requer.

(CIs devidamente embalados)

Resumo

Como você viu, há muito sobre embalagem de CI para sistemas eletrônicos do que você pode pensar que sabe. Jogadores, tanto antigos quanto novos no mundo da eletrônica, precisam ter uma visão clara deles.

Desta forma, é possível manter-se atualizado com novos desenvolvimentos aqui.

Tem dúvidas sobre os vários tipos de embalagem de CI ou qualquer coisa relacionada a PCBs? Sinta-se à vontade para entrar em contato. Temos orgulho em fornecer aos nossos clientes as informações necessárias para tomar decisões informadas sobre peças eletrônicas para seus negócios.