Una guida completa per i progettisti di PCB per scegliere la scheda IC giusta

Introduzione

Le schede IC potrebbero interessarti e questo post cercherà di spiegare i dettagli delle schede IC, la loro funzionalità, i tipi e gli usi. In questo articolo nel PCBTok discuteremo tutte le specifiche relative a queste schede. Sarai in grado di distinguere quali sono le sue parti, di che tipo e molto altro.

Cos'è una scheda IC e come può funzionare?

Questo è un tipo unico di PCB. Ha componenti di circuito incorporati sulla sua superficie. Di solito, il processo comporta l'inserimento della saldatura dell'IC sul PCB e altri componenti come resistenze condensatorie transistor. Questi componenti sono interconnessi tramite tracce attraverso le quali vengono stabiliti percorsi di segnale tra i componenti. Questa connettività consente alla scheda di svolgere diverse funzioni all'interno di un dispositivo in cui è incorporata.

Parti comuni dei circuiti integrati

Con la comprensione di cosa sono esattamente le schede IC, vorrei provare a descrivere in dettaglio cosa le compone. In questa parte vedremo in dettaglio le parti che formano le schede IC e come ciascuna di esse contribuisce a migliorare le prestazioni delle schede.

Ceramica

Ceramica le parti sono così ampiamente utilizzate nelle schede IC in particolare per i dispositivi che sono 5 mm e oltre. Ciò aiuta a ridurre e miniaturizzare i prodotti, rendendoli quindi più leggeri per garantire l'efficienza nel loro funzionamento. Fornisce anche una buona conduttività termica perché registra bassi valori di conduzione del calore, aiutando così il raffreddamento dei componenti. Si è scoperto che un sottile strato di fibra ceramica sul retro del PCBA superficie potrebbe impedire al calore di passare efficacemente. Per queste ragioni, la ceramica è un buon materiale per migliorare le prestazioni energetiche e il controllo temperatura del PCB.

Lattina di metallo sottile in miniatura

In tali circuiti in cui lo spazio è limitato, le Thin Miniature Metal Cans sono preferite e utilizzate come parti IC. Queste parti possono quindi essere cablate sui circuiti integrati utilizzando cavi o sottili rilievi di saldatura e quindi sono utili in tutte le forme di applicazione. Ideali per l'alimentazione amplificatori, regolatori di tensione, convertitori DC-BC e oscillatori, la serie ML è caratterizzata da bassa tensione diretta, alta efficienza e lunga durata operativa. Grazie alle loro piccole dimensioni, è facile risparmiare spazio nei progetti ma altamente efficiente.

SMD

Si tratta di piccole parti che vengono montate fisicamente sulla superficie del PCB e non necessitano di essere saldate. Sono ampiamente utilizzate in tutti circuiti digitali, in particolare nell'articolazione di procedure logiche e di memoria utilizzate in numerosi dispositivi elettronici. Pertanto, utilizzando SMD aiuta a ridurre lo spazio e gli sforzi di assemblaggio perché non si forano i fori come si fa con altre parti usuali. Questo aiuta a creare layout di circuiti piccoli ed efficaci. Gli SMD sono ampiamente utilizzati nell'elettronica odierna grazie alla loro capacità di avere la maggior parte delle parti del circuito impacchettate strettamente, rendendo quindi i dispositivi piccoli, più leggeri e più efficienti.

Componenti con foro passante

Questi sono gli elementi più grandi che probabilmente incontrerete nei gadget da 5 mm e oltre. Questi includono: resistore, condensatore, Diodo, Transistor. Viene posizionato attraverso i fori che sono fatti nel PCB in modo da interconnettere elettricamente il circuito. Grazie alle loro dimensioni, sono più facili da regolare e saldare manualmente e possono essere e sono utilizzati quando il design fornisce abbastanza spazio e si desidera una connessione più forte. Foro passante I componenti sono particolarmente utili quando è richiesta una connessione meccanica solida e possono quindi essere utilizzati in condizioni fisicamente impegnative.

BGA

Si utilizza quando si desidera la massima affidabilità e le massime prestazioni, ad esempio nei computer e nelle TV digitali. BGA variano in dimensioni da 25 a 500 micrometri e forniscono alte e rapide velocità di prestazioni grazie alla breve connessione tra il die in silicio e le sfere di saldatura. Questo design riduce i ritardi nel segnale e aumenta l'efficienza della rete complessiva. Altre caratteristiche dei BGA sono anche una breve lunghezza del conduttore e una grande distanza tra di essi, quindi saranno perfetti per l'applicazione in prodotti PCB ad alta velocità con elevata densità di circuiti.

Flip chip

Si tratta di piccoli componenti IC di dimensioni pari o superiori a 5 mm, applicati in apparecchiature varie come Da digitale ad analogico convertitori, circuiti di memoria, microprocessori e microcontrollori. A differenza dei chip convenzionali, i Flip Chip sono posizionati con le facce a contatto con il PCB anziché essere collegati tramite un filo. Questo metodo consente una maggiore densità di I/O e porta alla codifica di un numero maggiore di connessioni in un chip di dimensioni inferiori.

Confezione piatta quadrupla

Questi trovano applicazioni in dispositivi smartphone e laptop. Presentano cavi "ad ali di gabbiano". Questi sporgono da entrambi i lati del corpo. A differenza delle parti che vengono inserite attraverso aperture, QFP sono montati direttamente sulla superficie del PCB, rendendo l'uso del socket relativamente raro. È disponibile in diversi tipi a seconda del numero di pin. Questi possono variare da 32 a 304. Lo spazio tra due pin consecutivi può variare da 0 a 4 mm. Questo design consente numerose connessioni mantenendo un fattore di forma compatto e flessibile.

Confezione piccola in ceramica

Dispositivi come smartphone e computer in cui ogni centimetro è prezioso, avere molti componenti è ancora importante. Questi contenitori di piccole dimensioni sono progettati in modo da poter contenere parti e come tali sono adatti per il posizionamento in spazi ristretti. Sono progettati per resistere ad alte temperature e sono costruiti secondo le specifiche militari, quindi sono molto affidabili nelle loro prestazioni anche in condizioni difficili. Il loro design impiega interconnessioni e basse radiazioni per ridurre il segnale latenza e migliorano la funzionalità del sistema. Inoltre forniscono protezione schermando i componenti da fattori esterni e assicurandone una lunga durata.

Dispositivo di montaggio superficiale a basso profilo

Uno dei dispositivi elettronici odierni, specialmente quando lo spazio è limitato, è l'induttore di potenza avvolto a filo. Questi dispositivi sono disponibili in design; telaio aperto o schermato, il che rende il dispositivo adatto a diverse applicazioni. Alcuni dei loro usi principali sono come serbatoi di energia e selettori, il che è molto importante per mantenere prestazioni e stabilità nei circuiti. Gli SMD a basso profilo si adattano perfettamente alle schede di circuito che vengono applicate in CCM commerciali e relativamente economiche. elettronica di consumoPossono essere facilmente montati su varie schede e nonostante la loro funzionalità non occupano spazio, il che è un fattore critico nell'elettronica moderna.

Diversi modi di montaggio delle schede IC

Ora approfondiamo i vari modi per montare le schede IC. Comprendere questi metodi di montaggio è necessario per creare gadget elettronici PCB affidabili ed efficaci.

Foro passante

Un metodo per fissare le schede IC a un PCB è quello di far sì che i loro cavi si adattino a fori il cui interno è rivestito di metallo. Questo metodo è preferibilmente utilizzato quando si richiede una connessione molto forte su alcune parti che possono essere più facili da lavorare rispetto al loro assemblaggio. L'altro vantaggio di questo approccio è la spaziatura tra i componenti che facilita la saldatura a mano. L'applicazione di questa tecnica riduce al minimo le possibilità di stabilire cortocircuiti o ponti tra i pin, il che è solitamente il caso con componenti piccoli e ravvicinati come le schede IC. Aiuta anche a ridurre la frequenza di dover riparare alcuni problemi e apportare correzioni dopo aver montato la scheda insieme al collegamento della sua Alimentazione elettrica.

Montaggio superficiale

Una delle tecniche più impiegate per fissare le schede dei circuiti integrati IC alla superficie di un PCB. In questo approccio, i componenti vengono posizionati nelle posizioni specifiche della scheda, quindi interconnessi tramite il metodo di riflusso della saldatura. Questa tecnica, spesso descritta come montaggio, ha una serie di vantaggi. Ciò che è più importante, SMT consente di avere un layout abbastanza compatto di un circuito stampato poiché i suoi componenti sono installati appiattiti sulla scheda. Questo, oltre a risparmiare spazio, consente anche una maggiore densità di imballaggio dei componenti. Inoltre, il processo di riflusso della saldatura crea legami eccellenti e altamente affidabili tra i componenti dati e il PCB. Un altro vantaggio della tecnologia a montaggio superficiale è l'efficacia in quell'aspetto della linea di assemblaggio in quanto può facilmente liberare spazio nel caso in cui ci sia bisogno di aumentare la produzione su larga scala.

Matrice di griglia a sfera

Una caratteristica fondamentale della saldatura BGA è il fatto che la scheda IC ha sfere di saldatura di piccole dimensioni che si trovano sotto il componente. Quando avviene la saldatura, queste sfere si fondono e forniscono i mezzi per trasferire la corrente. Aiuta la superficie a mantenere i componenti nella posizione corretta con il circuito stampato (PCB) mentre fonde la saldatura. La pasta saldante non solo mantiene il componente, ma lo attacca anche in un punto appropriato e quando la saldatura si raffredda e si solidifica, fornisce supporto al componente. Questa procedura richiede molta attenzione nel modo in cui viene gestita per ottenere precisione. Normalmente, BGA la saldatura viene effettuata tramite alcuni sistemi, come i forni a rifusione, che sono controllati da computer in modo che la temperatura sia quella necessaria per una buona saldatura.

Circuito integrato Small Outline (SOIC)

Un profilo molto più sottile rispetto a quello delle schede IC convenzionali. Si dice che siano circa il 30-50% più piccole e circa il 70% più sottili di quelle di dimensioni tradizionali. È anche possibile trovare SOIC con lo stesso numero di pin dei DIP e questo rende facile sostituirne uno con l'altro senza avere un impatto sui circuiti. I SOIC consentono di utilizzare lo spazio della scheda in modo efficace risparmiando spazio, cosa molto importante per i piccoli strumenti elettronici. Eseguono funzioni che possono svolgere anche i package più grandi, ma sono più piccoli dei package più grandi.

Trasportatore di trucioli con piombo in plastica (PLCC)

Questo è costituito da un package di chip che è in una forma sagomata e possiede cavi a forma di "J" che sono piegati attorno alla periferia esterna. Questi cavi "J" non sono gli stessi dei cavi ad ala di gabbiano che abbiamo visto in package come il SOIC poiché consumano meno PCB. Il vantaggio principale dei PLCC è che sono più adatti per essere utilizzati quando c'è meno spazio sulla scheda di circuito. Questi sono definiti cavi "J" e aiutano a progettare una connessione forte consumando poco spazio. Questa caratteristica non solo genera un semplice lavoro di installazione per il PLCC, ma contribuisce anche notevolmente a una disposizione ordinata nella scheda PCB. L'impiego di un PLCC può essere molto utile nel processo di assemblaggio poiché i cavi "J" facilitano l'allineamento e riducono la possibilità di errori comunemente commessi durante la saldatura.

Applicazioni delle schede IC

Le schede IC svolgono un ruolo significativo, in particolare nella funzionalità di ogni semplice gadget o di un sistema complicato. Questo è l'uso generale delle schede di capitale emesse ed è stato presentato come segue:

• Industria Automazione
• Sistemi di controllo industriale
• Medicale Materiale
• Sistemi meccanici
• Applicazioni del sistema del vuoto
• Attrezzature di prova
• Controllo dei dispositivi elettrici

Processo di installazione della scheda IC

È molto importante sapere come installare la scheda IC nel modo giusto affinché l'elettronica possa funzionare come richiesto. Ciò implica una buona pianificazione, prove e un'implementazione efficace di ogni fase per evitare errori nel collegamento tra gli IC e il PCB.

Passaggio 1: preparazione all'installazione

Assicurarsi che il scheda madre non è collegato in alcun modo e tutte le parti non sono alimentate. La flangiatura è importante per la protezione del prodotto durante il trasporto. Trova la parte che stai cercando sulla scheda del circuito in base alle tacche o ai segni sul chip per assicurarti che l'IC sia inserito nel modo corretto.

Fase 2: utilizzo degli strumenti corretti

Per avere una buona connessione, assicurati di usare un saldatore ad alta precisione e di procurarti il ​​materiale di saldatura giusto da usare. Per piccole parti come i supporti della scheda IC, usa le pinzette mentre in caso di estrazione, puoi usare l'estrattore IC. Esegui prova del multimetro sulla connessione. Assicurati sempre di indossare una protezione come occhiali e un cinturino antistatico.

Fase 3: Maneggiare i componenti con cura

Quando si maneggiano schede IC e PCB, fare attenzione perché sono fragili. Quantità minuscole possono facilmente spezzare o torcere i pin IC, il che a sua volta influirà sulle prestazioni della scheda. Non fare movimenti rapidi e bruschi e assicurati che il tuo posto di lavoro sia pulito per ridurre le possibilità di incidenti.

Fase 4: Mantenere i contatti puliti

Assicurarsi che la scheda IC sia pulita quando si esegue il passaggio 4 della procedura. Poiché anche una piccola quantità di polvere o olio può danneggiare la scheda e il dispositivo che l'IC controlla, indossare DPI per proteggere la scheda dalla contaminazione.

Fase 5: Gestione delle tecniche di saldatura

Per estrarre un circuito integrato saldato è necessario riscaldare le giunzioni e quindi aspirare la saldatura con l'aiuto di dissaldante pompa o con l'aiuto di uno stoppino per saldatura. Per gli IC con socket, usa delle pinzette, tuttavia, per gli IC a montaggio superficiale, usa degli estrattori per IC. Quando lo maneggi, assicurati di non piegare i pin e questo vale anche per i pad e non applicare forza sulla scheda madre, non graffiarla.

Fase 6: Protezione del circuito integrato durante l'installazione

Quando si installano schede IC, bisogna fare molta attenzione a non danneggiare la scheda per evitare ponti di saldatura che potrebbero causare cortocircuiti nel passaggio sei. Si consiglia di utilizzare un saldatore a punta fine e di applicare la saldatura con molta precisione. Se si verificano ponti, si consiglia di utilizzare uno stoppino per saldatura e rimuovere la saldatura in eccesso, nonché risolvere il problema.

Fase 7: Test dopo l'installazione

Per prima cosa, accendi e spegni l'alimentatore e usa un multimetro per controllare la scheda IC. Il primo deve essere saldato al piano di massa sulla scheda del circuito, il secondo deve essere saldato alla fonte di alimentazione. Accendere l'alimentazione e controllare le letture della tensione. Se non sono accurate, si dovrebbero cercare problemi che potrebbero includere connessioni o saldature allentate o errate.

I vantaggi dell'installazione di schede IC su PCB

Ci sono molti vantaggi importanti che derivano dal posizionamento di schede IC sui PCB. Questi sono il miglioramento della funzionalità e dell'efficienza dei dispositivi elettronici. Tutti questi fattori sono importanti nello sviluppo di nuove tecnologie e nel taglio delle spese.

• La miniaturizzazione – può rendere possibile la creazione di design più piccoli e compatti, necessari nel mondo odierno dell'elettronica, come gli smartwatch.
• Progettazione elettronica semplificata – la progettazione del circuito diventa più semplice poiché più di una funzione è integrata in un unico elemento.
• Applicazioni/usi estesi – ha una vasta gamma di applicazioni che includono elettronica di consumo, attrezzature industriali ecc.
• I circuiti integrati sono convenienti – Grazie alla produzione su larga scala di circuiti integrati, i costi dei circuiti integrati sono ridotti e dovrebbero essere incorporati nel PCB.

Processo di fabbricazione della scheda IC

Questo processo per le schede IC inizia con un wafer di cristallo di silicio che funge da base. Inizialmente viene applicato uno strato di pellicola al wafer che in seguito determinerà la disposizione dei transistor di cablaggio e di altri componenti all'interno del circuito integrato. Una volta che la pellicola è impostata, il wafer viene rivestito con un materiale noto come resist. Questo rivestimento funge da barriera per sezioni della pellicola, consentendo al contempo l'esposizione alla luce in aree specifiche. A causa della sensibilità del resist, le regioni esposte alla luce subiranno modifiche per creare motivi sul wafer. Dopo l'applicazione del resist, il wafer viene sottoposto a procedure di incisione per eliminare parti della pellicola, lasciando dietro di sé i design necessari per la funzionalità del circuito.

Scelta di una scheda IC adatta

Come è stato sottolineato in merito alla formazione di un nuovo prodotto o al potenziamento di un prodotto esistente, la selezione della scheda IC giusta spesso gioca un ruolo cruciale nel potenziamento delle prestazioni del prodotto insieme all'aumento del numero di funzioni che può svolgere. Ora comprenderemo gli aspetti importanti da considerare durante la scelta di una scheda IC.

• Alimentazione di laboratorio – devi assicurarti che la scheda IC selezionata si adatti bene all'alimentatore PCB in modo da non compromettere la qualità.
• Velocità – verificare che la scheda IC abbia la velocità necessaria per l'elaborazione delle applicazioni.
• Precisione – verificare che la scheda IC sia precisa e non presenti guasti in nessun momento.
• Taglia – considerare le dimensioni della scheda IC e del PCB e renderle più piccole in base alle esigenze dell'elettronica in miniatura.
• Costo – confermare se ciò che è necessario per progettare un costoso circuito integrato o ciò che è fornito in una scheda IC a basso costo è accessibile per te.

Tipi di danni alle schede IC comuni e come evitarli

In questa parte dell'articolo esamineremo i tipi di danni più frequenti che colpiscono le schede IC, come:

Danno elettrico

Una cosa da tenere presente quando si maneggiano schede IC è che bisogna essere molto cauti quando si maneggia l'elettricità. Elettricità statica può raggiungere un potenziale di circa 20000 volt allo stesso tempo la maggior parte dei circuiti integrati può essere realizzata per funzionare a un livello di tensione di 3 V, 3 V o 5 V. Questi sono molto sensibili e anche un leggero aumento della tensione danneggerà la scheda, ad esempio, creando dei buchi nella scheda. Per salvaguardare i tuoi dispositivi è consigliabile che tu abbia dei resistori o varistori che aiuterà a eliminare l'elettricità statica prima che possa danneggiare qualcosa.

Danno fisico

Durante l'utilizzo delle schede IC è evidente che ci si dovrebbe assicurare che queste schede non siano danneggiate in alcun modo affinché possano funzionare efficacemente. Il primo passo per qualificare un Pacchetto IC è controllare crepe o scheggiature sulla superficie del package IC. Ciò significa che se il dispositivo è spesso caldo o vedi segni di bruciatura o qualche tipo di scolorimento, allora è un chiaro segno di surriscaldamento. Inoltre, evita qualsiasi prodotto che possa sembrare deformato o piegato in qualche modo perché potrebbe essere danneggiato. Un'altra cosa che dovrebbe preoccupare è la corrosione per cui si forma ruggine o segni di ossidazione sui pin che potrebbero causare esposizione all'umidità. Ispeziona i pin per piegature o rotture che potrebbero ostacolare la connessione di due nodi.

Cosa differenzia il circuito integrato dal PCB?

Ora che conosci gli IC, devi tenere presente che le schede IC sono diverse dalle schede PCB. Spiegheremo meglio qui:

Fattore di posizionamento

La produzione di schede IC comporta l'incisione di alcuni pattern su un piccolo pezzo di silicio. Questo chip costituisce il cuore di molti dispositivi contenenti una serie complessa di parti che lavorano in tandem per fornire funzioni. Il PCB ruota con la scheda fisica su cui sono montati tali circuiti e altri componenti. Funziona come un mezzo attraverso cui si verificano connessioni con il coinvolgimento di componenti come il circuito integrato. Quando un IC viene installato su un PCB, viene saldato sulla scheda nel processo che offre supporto al chip. Non solo supporta l'IC, ma fornisce anche canali attraverso cui possono essere trasmessi i segnali, dall'IC e da altri componenti.

Danni e sostituzione

Per risolvere i problemi su un PCB, come connessioni allentate, spesso sono necessarie delle semplici riparazioni. Potresti dover semplicemente saldare una giunzione o riparare una traccia danneggiata. Tuttavia, quando sono interessati più componenti o il problema è troppo complesso da individuare, la sostituzione dell'intero PCB potrebbe essere la soluzione. Ciò è particolarmente vero se il PCB svolge un ruolo critico nel sistema e il danno è esteso. Quando si tratta di un IC, l'approccio è leggermente diverso. Controlla i segnali sui terminali di ingresso e uscita. Se non viene rilevato alcun segnale, verifica anche la presenza di un segnale di controllo come un segnale di clock. Se questi segnali sono presenti ma l'IC non funziona ancora correttamente, è probabile che l'IC stesso sia difettoso. A differenza dei PCB, gli IC non sono facilmente riparabili. In questi casi, dovrai sostituire completamente l'IC invece di provare a ripararlo.

Risposte alle domande più comuni sulla scheda IC

Conosci quasi tutte le nozioni di base sulle schede IC, ma potresti ancora avere delle domande:

Che cosa è una scheda di prova IC?

Questo test tra l'IC e una testina che a sua volta è collegata all'apparecchiatura di test automatizzata. La scheda di test IC verifica anche la funzionalità dell'IC sottoponendolo a condizioni di vita reale. Aiuta a identificare i problemi relativi al controllo interno. È molto probabile che tali problemi derivino dalla fase di test, progettazione o produzione. Quando si lavora con una scheda di test IC, è sempre necessario prendere in considerazione i seguenti standard di misurazione.

Cos'è la scheda IC nei dispositivi mobili?

Un telefono ha diversi IC che sono incorporati in esso per vari scopi. Il Flash IC che si trova accanto alla CPU memorizza software e dati che sono necessari per il suo funzionamento. Il Charging IC che si trova vicino a R22 gestisce la carica della batteria in modo molto efficiente e sicuro poiché è controllato dal Logic IC, che controlla le attività e il coordinamento.

Conclusione

In conclusione, questo articolo esamina gli aspetti delle schede IC. Ciò include le loro funzioni e i tipi di danni che possono interessarle. Abbiamo discusso anche della differenza tra IC e PCB. Inoltre, abbiamo parlato delle schede di test IC e della loro funzione nell'identificazione dei problemi che si verificano nei circuiti e abbiamo condiviso utili suggerimenti sulla manutenzione e la riparazione di queste parti vitali.