すべてのエレクトロニクスエンジニアが知っておくべき必須ICパッケージタイプ

エレクトロニクスは大きく変化するため、必須ICパッケージタイプについて知っておく必要があります。ICパッケージはシンプルに始まり、DIPのように、しかし今BGAとフリップチップのような新しいタイプがありますを使用します。これらの変化は、人々がより小さく、より速いデバイスを望んでいるために起こります。また、デバイスをより強力にしたいと考えています。あなたが選ぶパッケージはあなたの装置が熱を扱う方法を変えます。また、信頼性やデザインにどのように適合するかにも影響します。パッケージを選択するときは、デバイスに必要なものについて考える必要があります。また、何が可能かについて考える必要があります。良い選択をすることは、コストを低く抑えるのに役立ちます。また、デバイスがうまく機能し、長持ちするのにも役立ちます。

重要なポイント

• ICパッケージは、デバイスの大きさ、高速、および信頼性を変更します。それらはまたそれが作る熱の量に影響を与えます。あなたのプロジェクトのための右の1つを選んで下さい。

• DIPのようなスルーホールパッケージは使いやすく、修正が簡単です。彼らはより多くのスペースを必要とし、遅いデザインに最適です。

• 表面実装パッケージはスペースを節約し、物事をより良く機能させます。彼らは製品をより速くするのに役立ちますが、特別なツールと注意が必要です。

• BGAのようなピングリッドアレイパッケージには、多くの接続と高速信号があります。彼らは良い検査とデザインのスキルが必要です。

• CSPやWLPなどの新しいパッケージは、デバイスをより小さく、より軽くするのに役立ちます。彼らは熱と固定のためにもっと注意を払う必要があるかもしれません。

必須ICパッケージタイプの概要

取り付けによる分類

ICパッケージを回路基板に配置する主な方法は3つありますを使用します。これらは、スルーホール、表面マウント、およびピングリッドアレイパッケージです。それぞれが独自の方法でボードに接続します。各タイプには特別な機能もあります。

ほとんどの新しいデザインは表面実装パッケージを使用しますを使用します。彼らはより少ないスペースを取り、より少ないお金を要します。彼らはまた、物事をより速く構築する。スルーホールパッケージは、強力な接続とテストのアイデアには依然として適しています。それらはまたハイパワー部品のために使用されます。ピングリッドアレイはスワップアウトが容易で、CPUで多く使用されています。

キー選択要因

必須ICパッケージタイプについて知ることは重要です。彼らはあなたのプロジェクトを設計する方法を変えます。適切なパッケージを使用すると、小さなスペースに多くの部品を収めることができます。また、お金を節約し、デバイスの動作を改善することができます。

• 新しいICパッケージにより、より大きなシステムを構築し、多くのチップをまとめることができます。

• あなたの製品をより小さく、より強くすることができます。

• 高度なパッケージには、間違いを防ぐための新しいツールと慎重なチェックが必要です。

• 適切なパッケージを選ぶことは、熱、信号、およびテストに役立ちます。

ヒント: ICパッケージを選択するときは、デザイン、それをどのように構築するか、そして最終製品がどれほど優れているかを考えてください。

各Essential ICパッケージタイプについては、すぐに詳しく説明します。これは、それらを比較し、プロジェクトに最適なものを選ぶのに役立ちます。

スルーホールパッケージ

ディップ

デュアルインラインパッケージ (DIP) は、最も認識されているスルーホールICパッケージの1つとして立っています。2列の平行なピンを持つDIPチップが表示されます。これらのピンは、プリント回路基板 (PCB) の穴を通過し、反対側にはんだ付けされます。DIPパッケージには、DIP-8などの多くのサイズがあります。DIP-14、およびDIP-40、チップのピン数を示す番号。手でDIPチップを簡単に処理して挿入できるため、学習、プロトタイピング、修理作業に人気があります。

特徴

• DIPパッケージは、矩形のプラスチックまたはセラミック本体を有する。

• パッケージの各側面は、2.54mm (0.1インチ) 間隔で配置されたピンの列を有する。

• DIPチップをソケットで使用するか、PCBに直接はんだ付けすることができます。

• デザインは簡単にできますマニュアルアセンブリそして取り替え。

• DIPパッケージは、アナログICとデジタルICの両方をサポートします。

注: DIPパッケージは、特別なツールなしでチップをテストおよびスワップするのに役立ちます。これにより、ブレッドボーディングや初期のデザイン作業に人気があります。

利点

技術文書は、DIPパッケージのいくつかの利点を強調しています。多くのベンダーからDIPチップを見つけることができ、調達が容易になります。DIP ICのコストは、多くの場合、表面実装デバイスに似ています。手でDIPチップを配置してはんだ付けすることができるので、高価な機械は必要ありません。これにより、DIPは、学生、愛好家、および小さなプロジェクトに取り組んでいる人にとって素晴らしいものになります。デバイスを修理またはアップグレードする必要がある場合、DIPチップは簡単に取り外して交換できます。これらの機能により、DIPは教育、プロトタイピング、およびレガシーシステムのメンテナンスに適しています。

デメリット

DIPパッケージにもいくつかの欠点があります。DIPチップのサイズが大きいため、小さなスペースに収まるピンの数が制限されます。たとえば、DIP-14は、同じ数の接続を持つ最新のQFNまたはBGAよりもはるかに大きいです。長いピンは余分な容量を追加し、信号を遅くし、高速回路のパフォーマンスを低下させる可能性があります。DIPパッケージは、高速または高密度の設計ではうまく機能しません。また、DIPチップがPCB上でより多くのスペースを占有するため、プロジェクトのサイズとコストが増加する可能性があります。

アプリケーション

• スルーホール技術は1940年代に始まりました1950年代と1960年代に、新しいツールとより良いPCBで成長しました。

• 熱と振動をうまく処理するため、航空宇宙、自動車、医療機器にはスルーホールパッケージがあります。

• DIPチップは、強力で信頼性の高い接続が必要な高出力回路や場所でうまく機能します。

• プロトタイピングや小バッチ生産にスルーホールコンポーネントを使用できます。マニュアルアセンブリPCBが平らでない場合は、部品を調整できます。

• スルーホールパッケージを使用すると、開発中の回路のテストや問題の修正が容易になります。

• 多くの業界は、耐久性と簡単な修理が必要なときにスルーホールパッケージを選択します。

ヒント: 扱いやすく、強く、簡単に交換できるパッケージが必要な場合は、DIPやその他のスルーホールパッケージを次のプロジェクトに最適です。

表面実装パッケージ

表面マウントパッケージはSMDとも呼ばれます。彼らは人々が今日電子機器を作る方法を変えました。PCBに穴を開ける必要はありません。代わりに、これらの部品をボードの上に置きます。このように、デバイスは小さくて軽いを使用します。彼らはまた、より強力になることができます。ほぼすべての新しいガジェットに表面マウントパッケージが表示されます。彼らはスマートフォンや医療ツールのようなものにあります。

SOP

小さなアウトラインパッケージ、またはSOPは、一般的なSMDタイプです。SOPチップの側面には2列のガルウィングリードがあります。これらのリードは、機械がチップを配置してはんだ付けするのに役立ちます。SOPには、SOP-8やSOP-16などのサイズがあります。番号はそれが持っているピンの数を示します。SOPはのために使用されますメモリチップ、ロジックIC、および小マイクロコントローラーを使用します。

SOIC

Small Outline Integrated Circuit (SOIC) はSOPのように見えます。しかし、SOICはボディが薄く、リードが短い。小さなデザインが必要なときにSOICを使用します。機械がボードにSOICを置くのは簡単です。ガルウィングリードは、チップのはんだ付けとチェックに役立ちます。SOICは、アナログIC、オペアンプ、およびインターフェースチップに使用されます。

QFP

クワッドフラットパッケージ (QFP) には、4つの側面すべてにリードがあります。多くのピンを持つチップが必要なときにQFPを使用します。QFPには、Thin QFPやLow-profile QFPなどのタイプがあります。これらは、小さなスペースに大きなチップを収めるのに役立ちます。リードは薄く、互いに接近している。それらを配置してはんだ付けするには、特別な機械が必要です。

QFN

Quad Flat No-Lead (QFN) には、見ることができるリードがありません。代わりに、チップの下に金属パッドがあります。QFNは非常に小さく、熱をうまく処理します。高速および高周波回路にQFNを使用します。それはあなたのデザインを小さく保つのを助け、信号のためによく働きます。QFNは、ワイヤレスチップ、電源IC、およびセンサーを使用します。

SOT

Small Outline Transistor (SOT) は、他のパッケージよりもはるかに小さいです。SOTはのために使用されますトランジスタ, ダイオード、および小さなIC。SOTチップには3つ以上のリードがあり、スペースをほとんど取りません。SOT-23は、信号スイッチングや電圧制御によく使用されます。

特徴

Surface-mountパッケージには多くの便利な機能があります。

• PCBの両侧に部品を置くことができます。

• 短いリードは回路をより速くそしてより信頼できるものにします。

• 機械はSMDをすばやく配置してはんだ付けできます。

• あなたは小さな領域でより多くの部品を収めることができます。

注: Surface-mountパッケージを使用すると、小さなスペースで複雑な回路を構築できます。それが彼らがほとんどすべての新しい電子機器にある理由です。

利点

表面実装技術、またはSMTには、多くの良い点があります。

• 穴を開ける必要がないので、時間とお金を節約できますを使用します。

• PCBの両面は部品を保持できます、より多くのスペースを与えます。

• 短いリードは、より良い信号とより少ないノイズを意味します。

• 機械はSMDをすばやく配置してはんだ付けするため、人件費が下がります。

• あなたはより小さく、より軽く、そしてより良く働く製品を作ることができます。

表面マウントパッケージの使用が増えている理由と、企業がそれらを好む理由を示す表を次に示します。

SMTは、高速で高品質の電子機器をたくさん作るための主な方法であることがわかります。

デメリット

Surface-mountパッケージにもいくつかの問題があります。

• サイズが小さいため、手での取り扱いや固定が困難です。

• それらを配置してはんだ付けするには、特別な機械が必要です。

• リードが小さいか隠されているため、それらをチェックしてテストすることは困難です。

• 部品を近づけすぎると熱が発生する可能性があるため、冷却を計画する必要があります。

• SMDは、物事が大きく揺れるときのスルーホール部品ほど強力ではありません。

ヒント: 開始する前に、ツールとスキルが表面実装アセンブリに適していることを確認してください。

アプリケーション

ほぼすべての新しい電子機器で表面実装パッケージを使用しています。ここにいくつかの例があります:

• 電話、タブレット、ラップトップは、小型で高速であるため、SMDを使用します。

• 医療機器は小型で信頼性の高い回路を必要とするため、SMDを使用します。

• 車は、小型で強力で信頼性の高い電子機器にSMTを使用します。

• 航空宇宙および防衛は、高密度の軽量設計にSMDを使用します。

• 産業用IoTおよび5G基地局は、高速データおよび小型サイズのためにSMDを使用します。

SMTは多くの方法であなたを助けます:

• あなたはより小さくて軽い製品を作ることができます。

• デザインにさらに機能を追加できます。

• より速く、より少ないお金で物を作ることができます。

• より良い信号とより信頼性の高いデバイスが得られます。

SMTが小型エレクトロニクスに最適な理由は次のとおりです。

• 穴は必要ないので、デバイスを薄くすることができます。

• PCBの両面は部品を有することができる。

• 短いリードは信号をより良くし、ノイズを減らしますを使用します。

• 機械は建物をより速くそしてより安くします。

• 小さなスペースでより多くの機能を収めることができます。

注: Surface-mountパッケージは、より小さく、より速く、よりスマートなデバイスの必要性に追いつくのに役立ちます。

ピングリッド配列パッケージ

PGA

ピングリッドアレイ (PGA) パッケージは、底部に多数のピンを有する。これらのピンはグリッド形状である。ピンをソケットに差し込むか、ボードにはんだ付けすることができます。これにより、チップの変更またはアップグレードが簡単になります。PGAは、古いコンピュータや一部のマイクロプロセッサによく見られます。ピンが突き出て曲がることがあるので、注意する必要があります。

BGA

ボールグリッドアレイ (BGA) パッケージは、ピンの代わりに小さなはんだボールを使用します。ボールはチップの下のグリッドにあります。ボードを加熱すると、ボールが溶けてチップを接続します。BGAを使用すると、小さなエリアでより多くの接続を収めることができます。新しいCPU、GPU、およびメモリチップにBGAが表示されます。はんだボールは熱を遠ざけるのに役立ちますチップを冷たく保ちます。

特徴

利点

• PGAとBGAは多くのピンを持つことができます。

• BGAは、経路が短いので、より良い信号を与える。

• BGAのはんだボールはチップを冷やすのに役立ちます。

• ピンが届きやすいため、PGAは簡単に修正または交換できます。

注: BGAは、わずかな信号損失で、最大56 Gbpsのデータを非常に高速に送信できます。これは強力なデバイスに最適です。

デメリット

• ラフな場合、PGAピンが曲がったり壊れたりすることがあります。

• 関節が見えないため、BGAは修正が困難です。

• BGAチップをチェックするには、X線などの特別なツールが必要です。

• 間隔が小さく、ピンが多いため、ボードが硬くなり、コストが高くなります。

アプリケーション

あなたは多くの大きなデバイスでPGAとBGAを見つけます:

• コンピュータとサーバーのCPUとGPU

• 高速メモリチップ

• ネットワークスイッチとルーター

• ゲーム機とグラフィックカード

BGAは、多くの接続と高速信号を必要とするものに適しています。あなたが簡単にチップを変えたいならば、PGAはまだ良いです。

その他の注目すべきパッケージ

PLCC

多くの古い電子機器や現在の電子機器では、Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC) が表示される場合があります。PLCCは、リードが下に曲がった正方形または長方形のプラスチックボディを使用します。これらのリードは、PCBの表面にチップをマウントするのに役立ちます。PLCCパッケージを使用すると、ソケットを使用したり、直接はんだ付けしたりできます。これにより、プロトタイピングと生産の両方に柔軟性があります。プラスチックに成形されたリードパッケージを強くしますが、組み立て後にはんだ接合部を検査するのが難しい場合があります。

CSP

チップスケールパッケージ (CSP) は、その小さなサイズで際立っています。パッケージはチップ自体より少しだけ大きいですを使用します。CSPは、スマートフォンやタブレットなど、スペースが重要なデバイスにうまく適合します。スペースを節約し、重量を減らしたいときにCSPを使用できます。コンパクトなデザインは、より薄くて軽い製品を作るのに役立ちます。CSPは、接続が短いため、高速信号もサポートします。

WLP

ウェーハレベルパッケージ (WLP) は、最も高度なタイプの1つです。チップとほぼ同じサイズのパッケージが手に入ります。チップがまだウェーハの一部である間に、メーカーはパッケージングステップを終了します。WLPは非常に薄くて軽いを使用します。あなたはすべてのミリメートルがカウントされる製品でそれらを使用することができます。また、プロセスが効率的であるため、WLPの作成コストも低くなります。銅や特殊プラスチックなどの材料を使用すると、パッケージを強く信頼性の高いものに保つことができます。

特徴

• PLCCを使用すると、PCBの両面にチップをマウントできます。

• CSPとWLPは非常に小さくて薄いプロファイルを提供します。

• WLPはあなたに最高のダイ対パッケージ比を与えます。

• 3つのタイプすべてがボード上のスペースを節約するのに役立ちます。

注: これらのパッケージを使用して、デザインをより小さく軽量にすることができます。

利点

• PLCCは扱いやすく、ソケットで動作します。

• CSPは狭いスペースに収まり、高速信号をサポートします。

• WLPは薄く、軽く、費用効果が高い。

• これらのパッケージは、PCBの両面にマウントできます。

デメリット

• PLCCははんだ接合部のチェックを難しくします。

• CSPとWLPは、熱とストレスに問題がある可能性があります。

• WLPは、場合によっては熱的ミスマッチの問題に直面する可能性があります。

• これらのパッケージを検査および修理するには、特別なツールが必要です。

アプリケーション

PLCCは、古いコンピューター、産業用制御装置、および一部の通信機器にあります。CSPとWLPは、携帯電話、タブレット、ウェアラブルで一般的です。カメラやその他の小さなガジェットでも見られます。これらのパッケージは、小さく、軽く、機能に満ちた製品を構築するのに役立ちます。

適切なICパッケージの選択

電気性能

あなたは最初に電気性能について考えるべきです。右のパッケージはあなたの回路がより良く、より速く働くのを助けます。フリップチップボールグリッドアレイ (FC-BGA) のようないくつかのパッケージは、強い信号品質を与えます。それらは短いパスを使用するので、信号はより少ない損失で素早く動きます。ボールグリッドアレイ (BGA) は、回路の高速走行にも役立ち、信号をクリーンに保ちます。Surface Mount Technology (SMT) パッケージを使用すると、小さなスペースに多くの部品を配置できます。これにより、不要な影響が減り、物事がより良く機能します。スルーホールパッケージは、パスが長いため、外部信号のブロックに適しています。材料、ピンの数、およびパッケージのマウント方法はすべて、回路の動作を変更します。

• FC-BGA: 高速、短いパス、高速デバイスに適しています

• CSP: 小さく、うまく機能しますが、それほどクールではありません

• LGA: 多くのピン、安定、熱制御に役立ちます

ヒント: 速度と信号のニーズに合ったパッケージを常に選択してください。

熱管理

デザインの熱を制御する必要があります。良い熱制御はあなたのデバイスを安全に保ち、よく働きます。テストによると、ドットサポート付きの沸騰駆動ヒートスプレッダーは、チップの温度差を低く抑えることができます。7.6 ℃ でハイパワーを使用します。固体銅ヒートスプレッダーは、28 °Cのより大きな違いを示します。これは、新しいヒートスプレダーが熱をよりよく広げ、ホットスポットを止めるのに役立つことを意味します。ハイパワーでの良好な熱伝達により、デバイスが怪我をするのを防ぎます。パッケージを選ぶときは、チップから熱を遠ざける方法を探してください。

フットプリントとピン数

パッケージを選ぶ前に、フットプリントとピン数を確認する必要があります。ピンの数と場所は、ボードのデザイン方法を変えます。BGAのような多くのピンが付いているパッケージは、持つことができます1000までのピンQFNやWLCSPのようにピンが少ないパッケージは小さくなりますが、冷却されない場合もあります。レイアウトも重要です。I/Oが端にある場合、ワイヤーボンディングはうまく機能します。それらが広がっている場合は、フリップチップのパッケージングが優れています。

• あなたに合ったパッケージを選ぶI/Oニーズ

• 後でピンを追加する計画を立てる

• 信号と電力をどのように接続するかを考えてください

製造互換性

あなたはあなたのパッケージが物事を構築するあなたの方法で働くことを望みます。表面マウントパッケージは、マシンと高速アセンブリに適しています。スルーホールパッケージは、手で入れて修正するのが簡単です。あなたは設定する必要がありますパッドのサイズ、形状、および间隔正しい方法。マシンが見つけるために正しい名前とポイントを使用します。適切なフットプリントを選択すると、構築時に問題が発生しなくなります。時々、あなたはユニークな部分のための特別な足跡を必要とします。

注: 適切なパッケージを選択すると、間違いを避けることができ、製品の構築が容易になります。

必須ICパッケージタイプの概要

エレクトロニクスで最も重要なICパッケージタイプについて学びました。各タイプには、独自の形状、サイズ、および回路基板への接続方法があります。パッケージを選ぶとき、あなたはあなたのデバイスがどのように見えるか、それがどれだけうまく機能するか、そしてそれがどれほど簡単になるかを決めます。

ICパッケージは時間とともに大きく変化しました。最初は、DIPやPGAなどのスルーホールパッケージを見ました。これらは大きくて扱いやすいものでした。その後、QFPやQFNなどの表面実装パッケージが普及しました。これらにより、より小型で高速なデバイスを作成できます。これで、BGAのようなエリアアレイパッケージと、CSPやWLCSPのような高度なタイプが表示されます。これらの新しいパッケージはより少ないスペースにより多くの力を合わせるのを助けます。

これは、ICパッケージがどのように進化したか、そして各ファミリを特別なものにするものを示す表です:

ヒント: Essential IC Package Typesから選択するときは、プロジェクトのサイズ、速度、および構築と修理がいかに簡単であるかについて考えてください。

新しいパッケージにより、より小さく、より高速で、より信頼性の高いデバイスを構築できることがわかります。また、パワーとスピードの選択肢も増えます。これらのタイプを理解することにより、デザインのより良い決定を下します。

設計する前にEssential ICパッケージタイプについて学ぶべきです。あなたが選ぶパッケージはあなたのデバイスの働き方とそれが作ることがいかに簡単であるかを変えます。常にデータシートを見て、専門家にアドバイスを求めてください。ESDAのようなグループこれは、新しいルールに従い、問題を回避するのに役立ちます。

質問を続けてください-市場のニュースや記事は、パッケージが急速に変化することを示しています。あなたのデザインがうまく機能し、最新の状態を保つように学習を続けてください。

よくある質問

スルーホールパッケージと表面マウントパッケージの主な違いは何ですか?

スルーホールパッケージには、PCBの穴を通過するピンがあります。表面マウントパッケージはボードの上にあります。強力な接続にはスルーホールを使用できます。Surface-mountは、スペースを節約し、より小さなデバイスを構築するのに役立ちます。

なぜあなたはICパッケージサイズを気にする必要がありますか?

パッケージサイズは、ボードに収まる部品の数に影響します。パッケージが小さいため、コンパクトなデバイスを作成できます。大きなパッケージは扱いやすいですが、より多くのスペースを取ります。選択する前に、常にデザインのニーズを確認してください。

表面実装デバイスを手ではんだ付けできますか?

はい、いくつかの表面実装デバイスを手ではんだ付けできます。SOT-23のような小さなパッケージは実際には可能です。BGAのような非常に小さなパッケージには、特別なツールが必要です。最良の結果を得るには、ピンセットと細かいはんだごてを使用する必要があります。

プロジェクトに適したICパッケージをどのように選択しますか?

あなたはあなたのデザイン、スピード、熱、そしてあなたがどのようにデバイスを構築するかを見るべきです。ピンの数とあなたが持っているスペースを確認してください。確信が持てない場合は、常にデータシートを読み、専門家に相談してください。