V predošlom článku sme sa venovali technológii povrchovej montáže (SMT), ktorá sa často využíva pri hromadnej výrobe dosiek plošných spojov (PCBA). Dnes sa pozrieme na iný, no stále dôležitý typ puzdra pre integrované obvody - Dual In-line Package (DIP), známy aj ako technológia priechodných otvorov (THT).
V súčasnom svete, kde sa elektronické výrobky neustále zmenšujú, je otázkou, či dokáže SMT úplne nahradiť DIP. Na konci tohto článku budete mať dostatok informácií, aby ste si na túto otázku dokázali odpovedať sami.
Čo je puzdro Dual In-line Package (DIP)?
Celý názov DIP je Dual In-line Package, nazývaný aj technológia duálneho in-line puzdra. DIP je jedno z puzdier pre zásuvné komponenty a skrátene sa nazýva aj technológia priechodných otvorov alebo THT. Jednoducho povedané, SMT používa technológiu „lepenia“, zatiaľ čo DIP „zapájania“.
Elektronické súčiastky DIP majú dva rady pinov. Spájkovanie týchto pinov sa vykonáva vložením dvoch radov pinov do spájkovacích pozícií podľa počtu spájkovaných častí.
Už ste niekedy videli tie bežne vyzerajúce elektronické čipy s dvoma radmi pinov? Zvyčajne vám napadne dvojité radové puzdro (Dual Inline Package, DIP). Tieto súčiastky zohrali významnú úlohu vo vývoji elektroniky. Niektoré produkty sa na ne spoliehajú dodnes.
Dvojradové puzdro (DIP) je populárne puzdro integrovaného obvodu. Jeho obdĺžnikové telo je ľahko rozpoznateľné a má dva rovnobežné rady elektrických pripojovacích pinov. Výrobcovia zvyčajne používajú na výrobu puzdra plast alebo keramiku, čo chráni mikročip vo vnútri. Piny umožňujú pripojiť DIP k pätici, zapojiť ho do dosky plošných spojov alebo ho dokonca použiť v aplikáciách s navíjaním drôtov.
Štruktúra puzdra DIP
Dvojradové puzdro (DIP) sa zvonku javí ako jednoduché. Vo vnútri však spolupracuje niekoľko hlavných komponentov. Zabezpečujú správne fungovanie mikročipu. Pochopenie tohto rozloženia vám umožní pochopiť jeho dizajn.
- Leadframe: Hrá hlavnú nosnú úlohu v duálnom puzdre. Mechanicky drží kremíkový čip. Externé piny sa pripájajú k týmto častiam, čo umožňuje pripojiť čip k obvodu a sú potrebné na pripojenie elektrických súčiastok.
- Substrát balenia: Hlavné telo dvojradového puzdra (DIP) sa nazýva substrát puzdra. Puzdro sa zvyčajne vyrába z lisovaného plastu alebo keramiky. Chráni kremíkový čip pred možným poškodením a izoluje vnútorné komponenty. Materiál zaručuje spoľahlivosť čipu v rôznych prostrediach.
- Silikónová matrica: Kremíkový čip je jadrom každého duálneho inline puzdra. Samotný kremík je integrovaný obvod v jeho najjednoduchšej forme. Obsahuje každý tranzistor, rezistor a ďalšie dôležité mikroelektronické komponenty. Všetky funkcie čipu sú zabudované v čipe, ktorý je najdôležitejšou časťou vo vnútri puzdra.
- Zlaté drôtené dlhopisy: Pred použitím kremíkovej matrice je potrebné ju pripojiť. Túto funkciu plnia zlaté drôtiky. Drôty spájajú spojovacie kontakty s vnútornými vývodmi vo vnútri vývodového rámu a tvoria tak systém elektrických ciest. Tieto sú nevyhnutné na prenos signálov.
- Polymérový preliatok: Polymérový povlak je ochranný kryt na väčšine zariadení s dvojitým radovým puzdrom (DIP). Táto plastová vrstva (často epoxidová živica) sa nanáša na kremíkový čip, vodiče a časť vývodového rámu. Sú chránené pred fyzickým poškodením, vlhkosťou a kontamináciou. Tento povlak zaručuje odolnosť a životnosť čipu.
Typy dvojradových puzdier (DIP)
Dvojradové puzdrá (DIP) nie sú univerzálne. Pre vaše aplikácie nájdete rôzne typy. Rozdiely medzi nimi spočívajú predovšetkým v materiáli puzdra a spôsobe montáže.
- Plastové DIP (PDIP): Pravdepodobne sa s ním stretnete veľmi často. Plastové puzdro, ktoré používa, ho robí bežným na celom svete. PDIP sa bežne nachádzajú v cenovo dostupných elektronických výrobkoch. Pre tieto aplikácie je potrebný minimálny odvod tepla. Z tohto dôvodu sú cenovo výhodnou možnosťou.
- Keramický DIP (CDIP): Keramické duálne radové puzdro (CDIP) by sa malo používať v aplikáciách, ktoré vyžadujú odolné súčiastky. Je chránené tvrdeným keramickým puzdrom a používa sa tam, kde je potrebný vysoký prenos tepla. Tento lepší výkon sa zvyčajne dodáva za vyššiu cenu ako pri PDIP. CDIP poskytujú lepší tepelný manažment.
- Zmenšiť DIP (SDIP): Ak potrebujete malý návrh, zvoľte si súčiastky SDIP. SDIP majú piny umiestnené bližšie k sebe ako bežné DIP súčiastky. Táto menšia konštrukcia umožňuje umiestniť viac pinov do rovnakého priestoru, čo je dobrý nápad pre kompaktnejšie návrhy obvodov. Môžete efektívne dosiahnuť vyšší počet pinov.
- Okenný DIP (CWDIP): Existujú aj špeciálne typy s dvojitým radovým balením (DIP), ako napríklad DIP s okienkom (CWDIP). Na hornom konci tablety sa nachádza malé priehľadné okienko. Cez okienko môže prechádzať ultrafialové svetlo. Toto svetlo sa používa na vymazanie EPROM čipov. Je určený na použitie v aplikáciách s preprogramovateľnou pamäťou.
- Skinny DIP: Puzdro Skinny Dual Inline má menší profil. Jeho telo je zvyčajne užšie ako telo štandardného DIP. Zachováva si rovnaké rozstupy pinov, na ktoré ste zvyknutí. Umožňuje vám umiestniť súčiastky na dosku plošných spojov tesnejšie, čím šetrí drahocenný priestor na doske.
- Spájkovanie DIP: Puzdro Solder-Bump Dual-in-line podporuje vašu montáž. Toto puzdro má malé spájkovacie výstupky na vývodoch. Tieto výstupky poskytujú väčší priestor medzi povrchom DIP a DPS. Táto vzdialenosť umožňuje ľahšie zatekanie spájky pod povrch pri montáži, čím sa zabezpečuje spoľahlivejší spájkovaný spoj.
Prečo používať technológiu DIP spracovania?
Hoci mnohé bežné komponenty už majú SMT puzdrá, ako sú integrované čipy, induktory, transformátory, diódy a tranzistory, DIP puzdrá sú oveľa lacnejšie ako SMT puzdrá. Z mnohých dôvodov DIP stále zohráva dôležitú úlohu v elektronickom spracovateľskom priemysle dosiek plošných spojov (PCBA). Tu sú hlavné dôvody:
- Problém s teplotou: Niektoré súčiastky nie sú odolné voči vysokým teplotám, ako napríklad elektrolytické kondenzátory, rezistory s oxidovým filmom kovu a tranzistory. Pre tieto komponenty je DIP vhodnejšie.
- Problémy s balením: Pätice, svorky a výkonné komponenty sa stále nevyrábajú v SMT balení.
- Problém s nákladmi: Hoci mnohé bežné komponenty už majú SMT puzdrá, ako sú integrované čipy, induktory, transformátory, diódy a tranzistory, DIP puzdrá sú oveľa lacnejšie ako SMT puzdrá.
- Proces montáže: Pri montáži DIP súčiastok čerpadlo nepretržite rozprašuje vlny tekutého cínu, čím vytvára vrcholy vĺn spájky. Keď sa doska plošných spojov na dopravnom páse pohybuje určitou rýchlosťou, spájka pretečie na povrch dosky plošných spojov vo forme vrcholov vĺn, pričom sa zvárajú spájkované spoje zásuvného materiálu.
- Jednoduchosť inštalácie a prototypovania: Vďaka dvojitému zarovnanému zariadeniu pinov sa DIPy jednoducho inštalujú a odstraňujú z objímok na doske plošných spojov. Sú tiež ideálne na prototypovanie, pretože rozstup ich pinov je rovnaký ako pri štandardných nepájivých doskách a perforovaných doskách.
- Tepelný manažment: Konštrukcia vášho duálneho radového puzdra je zvyčajne účinná pri odvádzaní tepla, takže chladiče zvyčajne nie sú potrebné.
- Trvanlivosť: DIP obaly sú vyrobené z tvrdého plastu alebo keramiky, čo poskytuje vašim dielom silnú a trvalú ochranu.
- Elektrická životnosť: Vaše DIP komponenty sú dlhotrvajúce. Podliehajú testovaniu s viac ako 2000 cyklami zapínania a vypínania, aby sa zabezpečila ich pevnosť a spoľahlivosť vo vašich aplikáciách.
- Menovitý prúd: Musíte pochopiť maximálnu úroveň prúdu, s ktorou môžu vaše DIP prepínače pracovať. Pri zriedkavom používaní je výkon až 100 mA pri 50 V DC; bežné používanie vyžaduje 25 mA pri 24 V DC.
- Odpor kontaktu: Vaše DIP súčiastky potrebujú nízky prechodový odpor. Aby dobre fungovali, rezistory by mali mať pri kúpe nových merací odpor menej ako 50 miliohmov a po testovaní by nemali prekročiť 100 miliohmov.
- Izolačný odpor: Izolačný odpor by mal byť vysoký, ideálne by mal dosiahnuť 100 megaohmov pri 500 V DC. Vďaka tejto funkcii je vaša dvojitá linka chránená pred únikom prúdu medzi jej elektronickými súčasťami.
- Odolné napätie: Vaše DIP komponenty môžu pracovať pod špičkovým napätím 500 V AC približne minútu. Znižuje to riziko rušenia signálu a udržiava veci čisté, najmä pri vysokých frekvenciách.
- Konfigurácie obvodov: DIP ponúka veľkú flexibilitu. Je dostupný v rôznych typoch obvodov, ako napríklad SPST a DPDT, čo vám umožňuje riadiť vaše návrhy rôznymi spôsobmi.
- Integrované obvody
- Konektory
- Kondenzátory
- Rezistory
- Zdroje
- Transformátory
- LED diódy
- Relé
- Poistky
- Prepínače
- Senzory
Vývoj DIP balíka a jeho súčasná relevantnosť
V roku 1964 sa elektronický priemysel dramaticky zmenil s uvedením na trh puzdra Dual Inline Package (DIP). Keďže sa zapojenia zjednodušili a výrobné procesy sa automatizovali, DIP sa stali nevyhnutnosťou pre integrované obvody. Hoci sa moderné technológie stali štandardom, DIP súčiastky sa stále používajú.
V roku 1964 dorazil prvý DIP integrovaný obvod v obdĺžnikovom puzdre s dvoma radmi pinov. Keďže na dosky bolo možné pridať viac súčiastok, výroba takýchto zariadení sa stala jednoduchšou. Zostavenie súčiastok pomocou tohto DIP puzdra bolo oveľa jednoduchšie. Medzi 70. a 80. rokmi 20. storočia bol DIP štandardom pre umiestňovanie súčiastok cez otvory. Postupom času boli potrebné konštrukcie, ktoré zaberali menej miesta, čo prinieslo Technológia povrchovej montáže (SMT).
V súčasnosti nájdete v nových elektronických designoch menej súčiastok s dvojitým radovým puzdrom (DIP). Preto sú menej vhodné pre tenké, štýlové a priestorovo úsporné aplikácie. Zistíte však, že DIP sú stále skvelé na prototypovanie a prácu s nepájivými doskami.
Všetky súčiastky s dvojitým radovým puzdrom (DIP) sú vyrobené podľa štandardizovaných veľkostných smerníc JEDEC. Vzdialenosť medzi pinmi je zvyčajne 0.1 palca. Vzdialenosť medzi radmi môže byť od 0.3 do 0.6 palca v závislosti od počtu pinov. DIP sú vždy navrhnuté s párnym počtom pinov, v rozmedzí od 8 do 64.
Elektrické vlastnosti DIP komponentov
Musíte poznať elektrické vlastnosti vašich DIP súčiastok. Sú zodpovedné za to, ako sa materiály správajú a ako dlho dokážu udržať vaše návrhy v dobrom stave. Opisujú, ako DIP súčiastky riadia prúd, napätie a signály. Znalosť týchto faktorov vám umožňuje vybrať si správnu súčiastku. To pomáha udržiavať vaše obvody v správnej funkcii.
DIP verzus SOIC
Pri výbere puzdra integrovaného obvodu zvážte medzi dvojitým radovým puzdrom (DIP) a integrovaným obvodom s malým obrysom (SOIC). DIP je navrhnutý s montážou cez otvor, ktoré ponúkajú bezpečné spoje a jednoduchú manipuláciu pri prototypovaní. SOIC, určené pre technológiu povrchovej montáže (SMT), majú menšie rozmery, čo umožňuje kompaktnejšie a hustejšie návrhy a automatizované balenie.
Hlavný rozdiel pre vás spočíva v montáži a veľkosti. DIPy, hoci sú masívnejšie, sa s nimi ľahšie manipuluje ručne. SOIC šetria miesto na doske plošných spojov a ich kratšie vodiče môžu zlepšiť elektrický výkon pri vysokých frekvenciách. Zatiaľ čo súčiastky s dvojitým radovým zapojením môžu byť ako samostatné položky lacnejšie, SOIC môžu ušetriť celkové náklady pri veľkoobjemovej SMT výrobe. Vaše rozhodnutie závisí od priestoru, požiadaviek na manipuláciu a objemu výroby.
DIP vs. SMT: Porovnanie kľúčových vlastností
Pochopenie hlavných rozdielov medzi technológiou DIP a SMT vám môže pomôcť pri inteligentnom rozhodovaní o tom, ktoré komponenty si kúpiť.
| Vlastnosti | Dual Inline Package (DIP) | Technológia povrchovej montáže (SMT) |
|---|---|---|
| Veľkosť | Väčšia zastavaná plocha na doske plošných spojov | Menšie, kompaktnejšie na vašej DPS |
| Profil | Sedí vyššie nad doskou | Nižší profil, bližšie k doske |
| Spôsob montáže | Použite priechodné otvory na doske plošných spojov | Montuje sa priamo na povrch plošných spojov |
| Ručná manipulácia | Ľahšie sa s ním manipuluje a spájkuje | Pre presnosť je potrebné špeciálne náradie |
| Počet pinov | Typicky menej (napr. až 64 pinov) | Môže podporovať oveľa vyšší počet pinov |
| Cena za balík | Môže byť vyššia pre samotný balík | Často nižšie náklady na jednotku |
| Automatizovaná montáž | Menej vhodné pre vysokorýchlostnú automatizáciu | Vhodné pre automatizovanú montáž |
| Tepelný výkon | Prenos tepla môže byť menej priamy | Lepší odvod tepla cez kontakt na DPS |
| Bežné aplikácie | Vaše prototypové, vzdelávacie projekty | Dominantné v moderných elektronických zariadeniach |
Aplikácie s dvojitým inline balíkom
Prvky s dvojitým radovým puzdrom (DIP) sa používajú vo väčšine bežných elektronických zariadení. Sú obľúbené pre integrované obvody (IO) v mnohých zariadeniach. Formát DIP sa stále používa, od DIP prepínačov až po LED displeje. Je taký všestranný, že je štandardným prvkom v rôznych elektronických aplikáciách.
Súčiastky v duálnom radovom balení (DIP) tiež významne súviseli s automatizovanou montážou. Vaše dosky plošných spojov mohli mať vďaka tomuto baleniu stovky integrovaných obvodov. Zatiaľ čo veľkosť DIP sa zvyčajne rovnala veľkosti integrovaného obvodu, všeobecným cieľom sa začali menšie a ľahšie systémy, pričom technológia povrchovej montáže (SMT) sa stala bežnou súčasťou druhej polovice 20. storočia.
Medzi bežné čipy a komponenty, ktoré sa dodávajú v DIP puzdrách, patria: