آی سی چیست؟ انواع ای سی و کاربردهای ic

شاید تا به حال اسم آی سی (IC) به گوشتان خورده باشد یا حتی دیده باشید، اما آیا میدانید آی سی چیست و با چه شکل و شمایلی تولید میشود؟ آی سی یا مدار مجتمع که با IC  هم آن را نشان میدهند به مجموعه ای از مدار های الکترونیکی گفته میشود که بر روی یک سطح صاف از جنس عموما سیلیسوم قرار دارند. IC مخفف کلمه integrated circuit به معنی مدار مجتمع یا مدار یکپارچه است و در خدمات مونتاژ برد کابرد بسیار زیادی دارد.

از آنجایی که امروزه محصولات و تجهیزات الکترونیکی پیچیده تر شده و نیازمند قطعات بیشتری برای به ثمر رسیدن یک محصول هستند ، باید به فکر راه حلی بود تا مداراتی که معمولا کاربرد خاصی دارند و اکثرا هم کاربرد دارند را در یک پک جمع آوری کرد تا از ازدحام قطعات الکترونیکی جلوگیری شود. اما آیا این عمل چگونه ممکن ست ؟؟!

اصلی ترین دلیل به وجود آمدن و ساخته شدن آی سی ها همین امر بوده که بتوانند قسمت قابل توجهی از مدارات الکترونیکی و قطعات را در خود جای دهند، و نام گذاری آنها یعنی مدارات مجتمع به همین دلیل است.

مثلا در داخل یک آی سی میتواند تا هزاران ترانزیستور وجود داشته باشد. اما آیا میتوان این تعداد ترانزیستور را در طراحی ها در یک مدار استفاده کرد؟؟ جواب در اکثر موارد خیر است. IC ها با ابعاد کوچک تر این کار را برای شما انجام میدهند. در این مقاله هدف آشنایی مختصری با IC ها و شناخت انواع پکیج های آن است. همانطور که اشاره شد آی سی ها مدارات محتلف ، گیت های منطقی و ترانزیستور و… زیادی را در خود جای داده اند . اما همه IC ها یکسان و یک شکل هستند؟ IC ها با توجه به پارامتر هایی با پکیج های مختلفی تولید میشوند.(پکیج یعنی یک قالب و ابعاد استاندارد که برای قطعه که تمام قطعات الکترونیکی باید در پکیج های استاندارد تولید شوند )

چند نمونه از این پارامتر ها عبارتند از :

1. کاربرد IC
2. توان IC
3. مدارات داخلی IC
4. شخصی سازی شده یا عمومی بودن IC
5. محل مورد استفاده از آن IC

کاربرد آی سی

یکی از پارامتر هایی که در نوع پکیج و شکل این مدارات مجتمع تاثیر گذار است ، کاربرد این IC میباشد. به طور مثال : آی سی که برای عملیات های مخصوص به مدارات تغذیه یا تقویت کننده ها تولید میشود . شاید از نظر ظاهری با IC که برا عملیات های پردازشی یا منطقی تولید شده فرق داشته باشد.

توان آی سی

شاید یکی از اصلی ترین عوامل تاثیر گذار بر شکل و پکیج IC ها توان آنها باشد.

به طور مثال : آی سی که برای مدارات تغذیه استفاده میشود برای اینکه جریان و ولتاژ عبوری از آن ممکن است زیاد باشد . باید طوری طراحی شود که توانایی عبور جریان و ولتاژ های مختلف و بالا را داشته باشد . ولی IC که وظیفه پردازش و عملیات های تصمیم گیری داشته باشد نیاز به یک نوع پکیج متفاوت تر با ویژگی های متفاوت تر داشته باشد.

مدارات داخلی آی سی

همانطور که اشاره شد ، در داخل یک IC  مدارات زیادی میتواند وجود داشته باشد. به طور مثال در یک IC که برای تغذیه استفاده میشود شاید چندین ترانزیستور و مدار خاص در خود جای داده باشد که نیازمند تعداد محدودی پایه و ورودی و خروجی هستند، اما یک آی سی که وظیفه پردازش اطلاعات و فرمان ها را دارد میتواند در داخل خود هزاران مدار را جای داده باشد و برای پردازش و فرمان به قسمت های مختلف مدار نیازمند تعداد پایه بالایی باشد.(میکرو کنترلر ها)

شخصی سازی شده یا عمومی بودن آی سی (Personalized or generic IC )

در مواردی که یک شرکت بزرگ میخواهد یک IC برای خود تولید کند که شخصی سازی شده باشد و شرکت های دیگر و افراد نتوانند از آن استفاده کنند ، احتمالا یکی از راه حل ها استفاده از پکیج IC مخصوص و منحصر به فرد خود شرکت است. به طور مثال : در تولید یک IC نظامی احتمالا شکل و پکیج IC را طوری طراحی کنند که قابلیت کپی برداری و شناخته پایه های آن مشکل باشد و به نوعی خاص باشد.

محل مورد استفاده از آن آی سی

محلی که قرار است  IC مورد نظر در آنجا بر روی PCB استفاده شود تاثیر مستقیمی بر نوع پکیج آن میتواند داشته باشد و هم مکانی که قرار است تمام مدار و PCB با هم آنجا کار کند ، مثلا یک پکیج خاص و حساس شایید برای یک محیط صنعتی پر نویز مناسب نباشد.

به طور مثال : یک آی سی تقویت کننده چون در بلوک تقویت کننده میخواهد کار کند و نیازی به دسترسی به بلوک های دیگر ندارد نیازی نسیت در مرکز PCB باشد و میتواند در اطراف PCB مورد استفاده قرار گیرد پس میتوان پکیج آن را طوری طراحی کرد که نیاز مساحت کمتری از سطح PCB داشته باشد ولی در عوض یک IC پردازنده نیازمند ارتباط گیری با اکثر بلوک های یک مدار است پس مجبور به استفاده از این IC پردازنده در مرکز PCB هستیم و این به آن معنی است که پکیج این تراشه پردازنده باید طوری باشد که مناسب مکان مورد نظر باشد . مثلا تا حد امکان کوچک و سبک باشد.

انواع آی سی چیست؟

همانطور که متوجه شدید IC ها کاربرد های فراوانی دارند ، پس متعاقبا باید انواع پکیج های گوناگونی هم داشته باشند. در ادامه به چندین مورد از پرکاربرد ترین نوع پکیج ها اشاره میکنیم.نوع پکیج آی سی ها به دسته های کلی زیر تقسیم میشوند.

1. Single in-line (SIP) تک خطی
2. Zigzag in-line (ZIP) زیگزاگ در خط
3. Dual in-line (DIP) دو گانه در خط
4. Quad in-line (QIP) چهار در خط
5. Ceramic flat pack (CFP) بسته تخت سرامیکی
6. Surface-mount (SOICs) نصب سطحی
7. Flatpack ( QFPs/QFNs/QFJs …) بسته مسطح
8. Chip carrier ( BCC/LCC/PLCC …) حامل تراشه
9. Chip scale (CSP) مقیاس تراشه بسته بندی شده

10. Grid Array/Matrix (PGA/BGA/FBGA …)  آرایه شبکه ای

پکیج آی سی Single in-line (SIP)

این پکیج دارای یک ردیف پایه هست که به صورت نصب TH بر روی PCB مونتاژ میشود. این پایه ها به صورت عمودی با بدنه سیلیکونی IC در یک راستا هستند. (شبیه به مقاومت های آرایه ای یا شبکه ای)

این پکیج به خاطر اینکه به صورت عمودی نصب میشود و جای کمتری از PCB را اشغال میکند ، در ابعاد PCB هم میتواند تاثیر گذار باشد و هزینه تولید انبوه را پایین بیاورد. این پکیج نمونه های دیگری هم دارد که با هم تفاوت هایی دارند از قبیل :

• SIP (Single In-line Package)
• SSIP (Shrink Single In-Line Package)
• HSIP (Single In-line Package with Heat Sink)

پکیج آی سی Zigzag in-line (ZIP)

این پکیج دارای دو ردیف پایه هست که به صورت TH بر روی PCB مونتاژ میشود. این پایه ها به صورت عمودی با بدنه سیلیکونی IC تقریبا در یک راستا هستند. این پکیج به خاطر اینکه به صورت عمودی نصب میشود و جای کمتری از PCB را اشغال میکند ، در ابعاد PCB هم میتواند تاثیر گذار باشد و هزینه تولید انبوه را پایین بیاورد. این پکیج نمونه های دیگری هم دارد که با هم تفاوت هایی دارند از قبیل :

• ZIP (Zigzag In-line Package)
• SZIP (Shrink Zigzag In-line Package)

پکیج آی سی Dual in-line (DIP)

این پکیج دارای دو ردیف پایه هست که به صورت نصب TH بر روی PCB نصب میشود. این پایه ها به صورت عمودی در دو طرف بدنه IC در امتداد هم به صورت موازی قرار گرفته اند. این پکیج یکی از محبوب ترین پکیج آی سی ها میباشد. آی سی هایی با تعداد پایه های 6 تا 40 پایه با این پکیج تولید میشوند. البته اکثر آی سی هایی که با پکیج DIP تولید میشوند ، نمونه پکیج نصب سطحی SMD هم دارند. اکثر افراد در طراحی های خود از آی سی های نصب سطحی (SMD) استفاده میکنند و بیشتر از نمونه DIP در تست ها استفاده میکنند .

این پکیج نمونه های دیگری هم دارد که با هم تفاوت هایی دارند از قبیل :

• DIP (Dual In-line Package)
• SDIP (Shrink Dual In-line)
• CDIP (Ceramic Dual In-line)
•  CER-DIP (Glass-sealed Ceramic DIP)
• PDIP (Plastic DIP)
• SKDIP (Skinny DIP)
• WDIP (Dual In-line with Window Package)
• MDIP (Molded DIP)

پکیج آی سی Quad in-line (QIP)

این پکی هم همانند پکیج DIP است اما با این تفاوت که پایه های که در دو طرف بدنه آی سی به صورت موازی کشیده شده اند ، به صورت زیگزاگی پشت سر هم هستند و در یک راستا نیستند.

این پکیج نمونه های دیگری هم دارد که با هم تفاوت هایی دارند از قبیل :

• QIP/QIL (Quad In-line)
• QUIP (ceramic leadless QIP)

پکیج آی سی Ceramic flat pack (CFP)

این پکیج آی سی ها دارای فاصله پایه های کمتری هستند (1.2mm) و برای PCB های استاندارد ارتش ایالت متحده آمریکا و صنایع هوا فضا طراحی شده اند. پایه ها به صورت افقی در دو طرف و در مواردی هم تعداد پایه اندکی در دو طرف دیگر قرار دارند اما چینش پایه ها کنار یکدیگر است . پایه های این پکیج معمولا با یک لایه نازک از طلا پوشیده شده است. با توجه به ابعاد و نوع پایه این پکیج ، هم هزینه تولید این پکیج بالا میباشد و هم هزینه جابجایی و نگهداری از آنها دشوار است. به ندرت از این پکیج و آی سی ها در مصارف تجاری استفاده میشود.

این پکیج نمونه های دیگری هم دارد که با هم تفاوت هایی دارند از قبیل :

• CFP (Ceramic Flat Pack)
• QCFP (Quad Ceramic Flat Pack)

پکیج آی سی Surface-mount (SOICs)

این پکیج IC دارای دو ردیف پایه هستند که به صورت نصب سطحی SMD نصب میشوند . پایه های این آی سی عمدتا به صورت L یا J شکل یا بدون پایه هستند. در تولید آی سی های SMD عمدتا از این پگیج IC ها استفاده میشود. در پکیج هایی که پایه آنها به صورت J شکل میباشد ، چون قسمتی از پایه زیر قطعه میباشد و شاید به خوبی لحیم نشوند .طوری این پایه ها را آبکاری کرده اند که قلع پذیری بالایی دارند و به خوبی در فرایند لحیم کاری اتصال پایه به PCB برقرار میشود. همچنین نمونه دیگری از این آی سی ها هم وجود دارد که در چهار طرف دارای پایه هستند که میتوان در این دسته از IC های SOIC در نظر گرفتشان .

این پکیج نمونه های دیگری هم دارد که با هم تفاوت هایی دارند از قبیل :

• SOP (Small Outline Package)
• CSOP (Ceramic small-outline package)
• DSOP (Dual small-outline package)
• HSOP (Thermally-enhanced small-outline package)
• SSOP (Shrink Small Outline Package)
• TSOP (Thin-Small Outline Package)
• TSSOP (Thin-Shrink Small Outline Package)
• TVSOP (Thin very-small-outline package)
• MSOP (Mini/Micro Small Outline Package)
• HSSOP (Thermally-enhanced shrink small-outline package)
• HTSSOP (Thermally-enhanced thin shrink small-outline package)
• QSOP (Quarter Small Outline Package)
• SOIC (Small Outline Integrated Circuit)
• mini-SOIC (Mini small-outline integrated circuit)
• SOICW (Small Outline Integrated Circuit Wide)
• PSOP (Plastic small-outline package)
• PSON (Plastic small-outline no-lead package)
• VSOP (Very-small-outline package)
• VSSOP (Very-thin shrink small-outline package)
• SOJ (Small Outline J-leaded package)
• SON (Small Outline Non-leaded package)
• VSON (Very-thin Small Outline Non-leaded package)
• WSON (Very-very-thin small-outline no-lead package)
• USON (Very-very-thin small-outline no-lead package)

همچنین چند نمونه دیگر هم هست که هم در این دسته قرار میگیرند و هم در دسته Chip Carrier ها

• LCC (Leadless Chip Carrier)
• PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier)
• PQFP (Plastic Quad Flat Pack)

پکیج آی سی Flatpack (QFPs/QFNs/QFJs …)

این پکیج شباهت زیادی به SOIC ها دارد و پایه های IC هایی که در این پکیج قرار میگیرند در دو یا چهار طرف به صورت L و J و بدون پایه هستند. معمولا از این نوع پکیج در میکرو کنترلر ها استفاده میشود. این پکیج نمونه های دیگری هم دارد که با هم تفاوت هایی دارند از قبیل :

•  QFP (Quad Flat Package)
• TQFP (Thin Quad Flat Package)
•  STQFP (Small Thin Quad Plastic Flat Package)
• FQFP (Fine-pitch Quad Flat Package)
• HQFP (Quad Flat Package with Heat sink)
• LQFP (Low profile Quad Flat Package)
• VQFP (Very-small Quad Flat Package)
• MQFP (Metric Quad Flat Package)
• BQFP (Bumper quad flat-pack)
• ETQFP (Exposed thin quad flat-package)
• PQFN (Power quad flat-pack)
• PQFP (Plastic quad flat-package)
• QFJ (Quad Flat J-leaded package)
• QFN (Quad Flat Non-leaded package)
• TQFN (Thin-Quad Flat No-Lead Plastic package)
• DFN (Dual Flat package)
• QFI (Quad Flat I-leaded package)
• HVQFN (Heat-sink very-thin quad flat-pack, no-leads)
• VQFN (Very-thin quad flat, no-lead)
• WQFN (Very-very-thin quad flat, no-lead)
• UQFN (Ultra-thin quad flat-pack, no-lead)
• ODFN (Optical dual flat, no-lead)

پکیج آی سی Chip carrier ( BCC/LCC/PLCC …)

در این پکیج پایه ها در چهار طرف IC قرار دارند و به شکل J هستند. این پکیج معمولا سایز بدنه سیلیکونی IC بزرگی دارند ، برای همین این نام را برای آنها گذاشته اند .(Carrier حامل )

این پکیج نمونه های دیگری هم دارد که با هم تفاوت هایی دارند از قبیل :

• BCC (Bump chip carrier)
• LCC (Leaded chip carrier)
• LCCC (Leaded ceramic-chip carrier)
• PLCC (Plastic leaded chip carrier)
• LCC (Lead-less chip carrier)
• CLCC (Ceramic lead-less chip carrier)
• DLCC (Dual Lead-less Ceramic Chip Carrier)

پکیج آی سی Chip scale (CSP)

در این پکیج پایه قطعات کاملا در زیر قطعه است . پایه IC هایی که با این پکیج ساخنه میشوند نیز آبکاری مخصوصی شده تا قلع پذیری بالایی داشته باشند. این پکیج نمونه های دیگری هم دارد که با هم تفاوت هایی دارند از قبیل :

• CSP (Chip-scale package)
• TCSP (True chip-size package)
• TDSP (True die-size package)
• WCSP/WL-CSP/WLCSP (Wafer-level chip-scale package)
• PMCP (Power mount CSP)
• Fan-out WLCSP (Fan-out wafer-level packaging)
• EWLB (Embedded wafer level ball grid array)
• COB (Chip on board), COF (Chip-on-flex)
• COG (Chip-on-glass)
• COW (Chip on wire)
• TAB (Tape-automated bonding)

پکیج آی سی Grid Array/Matrix (PGA/BGA/FBGA …)

این پکیج از IC ها به شکل مربع یا مستطیل هستند و دارای مجموعه زیادی از پایه ها و پین ها در زیر خود هستند. معمولا در CPU ها و پردازنده هایی که عملیات های زیادی را انجام میدهند از این پکیج استفاده میشود. پکیج هایی که پایه های آنها به صورت سوزنی و پایه دار است و عمدتا نیازی به لحیم کاری ندارند مانند CPU های نسل قدیم که با نام های زیر شناخته میشوند:

• PGA (Pin Grid Array)
• OPGA (Organic pin-grid array)
• FCPGA (Flip-chip pin-grid array)
• PAC (Pin array cartridge)
• CPGA (Ceramic pin-grid array)
• SPGA (Staggered Pin Grid Array)
• CGA (Column Grid Array)
• CCGA (Ceramic Column Grid Array)

پکیج هایی که پایه های آنها به صورت نصب سطحی هستند و برای لحیم کاری نیازمند ساچمه قلع هستند با نام های زیر شناخته میشوند:

• BGA (Ball Grid Array)
• EBGA (Enhanced BGA)
• EWLB (Embedded wafer level ball grid array)
• FTBGA (Flex Tape BGA)
• TFBGA (Thin & Fine-Pitch Ball Grid Array)
• FBGA (Fine-pitch ball-grid array)
• LBGA/LFBGA (Low-profile ball-grid array)
• TEPBGA (Thermally-enhanced plastic ball-grid array)
• CBGA (Ceramic ball-grid array)
• OBGA (Organic ball-grid array)
• TFBGA (Thin fine-pitch ball-grid array)
• PBGA (Plastic ball-grid array)
• MAP-BGA (Mold array process – ball-grid array)
• UBGA (Micro ball-grid array)
• TBGA (Thin ball-grid array), SBGA (Super ball-grid array)
•  UFBGA (Ultra-fine ball-grid array)

در این پکیج یک نمونه که پایه های آن به صورت ویژه آبکاری شده و نیازی به لحیم کاری ندارد و به صورت خشابی بر روی تعدادی پین قرار میگیرد مثل CPU کامپیوتر با نام زیر شناخته میشود:

• LGA (Land Grid Array)

نتیجه گیری

در این مقاله شما با IC آشنا شدید و همچنین برخی از انواع پکیج هایی که آی سی ها با آن تولید میشوند را شناختیم . (نمونه های دیگری از پکیج IC ها هم وجود داشتند اما در اینجا به پرکاربرد ترین های آنها اشاره شد)

امروزه این مدارات مجتمع کاربرد های زیادی در زندگی ما دارند از آی سی های ساده مثل یک آی سی تغذیه تا یک آی سی پیچیده مثل CPU کامپیوتر ، نمیتوان از تاثیر گذاری آنها چشم پوشی کرد.

 

شرکت مرصا میتواند در زمینه تولید فیبر مدار چاپی ، طراحی ، مونتاژ و تامین قطعات به شما عزیزان خدماتی را ارائه بدهد.