Chip (circuiti integrati, IC), package e circuiti stampati (PCB) sono strettamente correlati nei dispositivi elettronici, ma svolgono funzioni e ruoli diversi. Il processo di progettazione dettagliato è illustrato nella figura seguente.
1. La connessione tra i tre
Chip e package: un chip è un componente elettronico integrato, tipicamente realizzato in materiali semiconduttori, e contiene più unità funzionali come transistor e condensatori. Il packaging è il processo di racchiudere il chip in un guscio protettivo esterno per proteggerlo dall'ambiente esterno e fornire pin o sfere per il collegamento a circuiti esterni. La funzione più importante del packaging è la protezione, seguita dalla dissipazione del calore.
Chip e PCB: dopo essere stato confezionato, il chip viene solitamente montato su un PCB. Un PCB è composto da un substrato isolante e da tracce conduttive, su cui possono essere montati vari componenti elettronici, tra cui chip, resistori e condensatori. Il chip viene montato sul PCB tramite saldatura o altri metodi di connessione e collegato ad altri componenti o circuiti per formare un sistema elettronico completo.
2. Differenze tra i tre
Diverse funzioni e strutture: un chip è un circuito integrato all'interno di un dispositivo elettronico, contenente più unità funzionali. Il packaging è il processo di incapsulamento del chip in un guscio protettivo esterno, fornendo pin o sfere per il collegamento a circuiti esterni. Un PCB, invece, è una struttura simile a una scheda utilizzata per montare e collegare vari componenti elettronici.
Funzioni e ruoli diversi: un chip è responsabile dell'esecuzione di funzioni specifiche, come operazioni logiche ed elaborazione del segnale. Il packaging fornisce protezione e connettività al chip. Un PCB, invece, viene utilizzato per assemblare e collegare vari componenti elettronici per formare un sistema elettronico completo.
3. Quattro funzioni principali del packaging ed esempi
1. Sistema a perno fisso
Affinché un chip funzioni correttamente, deve scambiare dati con dispositivi esterni, ed è qui che il packaging gioca un ruolo cruciale. Naturalmente, è impossibile collegare i pin all'interno di un chip direttamente a un circuito stampato, poiché i fili metallici sono estremamente sottili, in genere inferiori a 1,5 micron (μm) e spesso solo 1,0 μm. Tuttavia, dopo il packaging, i pin esterni vengono saldati a quelli interni con rame metallico, consentendo al chip di connettersi indirettamente al circuito stampato per lo scambio di dati.
I sistemi a perno esterno utilizzano in genere due leghe diverse: lega ferro-nichel e lega di rame. La prima è utilizzata per garantire elevata resistenza e stabilità, mentre la seconda offre una migliore conduttività elettrica e termica. La scelta del sistema a perno specifico dipende dalla situazione specifica.
- Protezione fisica
I chip sono protetti dalla contaminazione da particelle e da altri danni esterni tramite l'imballaggio. Il metodo principale per la protezione fisica consiste nel fissare il chip a un'area di montaggio specifica e racchiudere il chip, le sue connessioni e i pin associati in un involucro di imballaggio appropriato. Il livello di imballaggio richiesto per i chip varia a seconda dell'applicazione, con i prodotti di consumo che in genere presentano i requisiti più bassi.
3. Dissipazione del calore migliorata
Come tutti sappiamo, tutti i prodotti a semiconduttore generano calore durante il funzionamento. Quando questo calore raggiunge un certo livello, può compromettere il normale funzionamento del chip. I vari materiali del package stesso possono dissipare parte di questo calore. Naturalmente, per la maggior parte dei chip che generano molto calore, oltre a raffreddarli con il materiale del package, vale la pena considerare l'installazione di un dissipatore di calore metallico o di una ventola sul chip per ottenere una dissipazione del calore ancora migliore.
4. Protezione ambientale
Un'altra funzione del pacchetto è quella di proteggere il chip dall'ambiente, proteggendolo dall'umidità e da altri gas che potrebbero interferire con il suo normale funzionamento e comprometterne l'operatività.
