IC vs. PCB: Hvad er forskellen, og hvordan fungerer de sammen?

En IC (integreret kredsløb) er en lille halvlederchip, der indeholder tusindvis til milliarder af elektroniske komponenter i én pakke, mens et PCB (printet kredsløbskort) er det stive eller fleksible printkort, der fysisk holder komponenterne og forbinder dem med kobberrør. Kort sagt udfører IC'en beregningen eller signalbehandlingen; PCB'en er den platform, der driver, forbinder og understøtter IC'en og alt omkring den.

IC vs. PCB: Hvad er forskellen?

Forvirringen mellem en IC og et printkort er forståelig, fordi man sjældent ser den ene uden den anden. Men de befinder sig på forskellige niveauer i elektronikhierarkiet. Et integreret kredsløb er en enkeltpakket komponent. Et printkort er den struktur, der holder mange sådanne komponenter og forbinder dem til et fungerende kredsløb.

En nyttig analogi er en bygning. IC'erne er apparaterne og maskinerne – de udfører det faktiske arbejde. PCB'en er bygningens ledninger, VVS og rammeværk, der leverer strøm til hver maskine og lader dem kommunikere. Fjern apparaterne, og bygningen er tom; fjern bygningen, og apparaterne har intet at tilslutte.

Hvad er et integreret kredsløb?

Et integreret kredsløb, ofte kaldet en chip eller mikrochip, pakker et helt elektronisk kredsløb på et lille stykke halvledermateriale, næsten altid silicium. Inde i pakken fremstilles og forbindes mikroskopiske transistorer, modstande og kondensatorer for at udføre en specifik funktion. Den "ic-chip"-betydning, folk søger efter, kommer ned til dette: et selvstændigt kredsløb miniaturiseret til én komponent.

IC'er spænder fra simple logiske gates til system-on-chip-processorer med milliarder af transistorer. Det, de har til fælles, er, at det interne kredsløb er forseglet inde i en pakke, og de eneste adgangspunkter er de eksterne ben eller pads. Det er disse ben, printkortet forbinder til.

Almindelige kategorier af IC'er

• Digitale IC'er: mikrocontrollere, mikroprocessorer, hukommelse og logiske enheder, der arbejder med binære signaler.
• Analoge IC'er: forstærkere, spændingsregulatorer og sensorer, der håndterer kontinuerlige signaler.
• Blandede signal-IC'er: enheder såsom datakonvertere, der bygger bro mellem den analoge og digitale verden.
• Strømforsynings-IC'er: regulatorer og drivere, der styrer strøm og spænding for resten af ​​systemet.

Hvad er et printkort, og hvad gør det?

Et printkort er et laminat af isolerende materiale, normalt glasfiberforstærket epoxy (FR-4), med et eller flere lag kobber ætset ind i ledende baner. Disse baner erstatter de bundter af håndforbundne forbindelser, som tidlig elektronik var afhængig af, hvilket giver hvert produkt et kompakt, repeterbart og mekanisk stabilt sammenkoblingssystem.

Ud over at forbinde dele leverer et printkort reguleret strøm til hver enhed, styrer varme, kontrollerer signalintegriteten gennem sin opbygning og giver den stive eller fleksible struktur, som hele samlingen er bygget op omkring. Antallet af kobberlag kan variere fra et til tres eller mere, hvilket er det, der gør det muligt for komplekse produkter at rute tusindvis af forbindelser på et lille område.

Hvad et printkort giver

• Elektrisk sammenkobling: kobberspor, planer og vias forbinder hver komponent.
• Strøm- og jordfordeling: Dedikerede planer forsyner IC'er med ren strøm.
• Mekanisk støtte: komponenterne er forankret og beskyttet.
• Signal- og termisk styring: kontrolleret impedans og kobber til varmespredning.

Hvordan IC'er og PCB'er fungerer sammen

I et rigtigt produkt er IC'en og printkortet partnere. Printkortet modtager strøm fra et stik eller batteri, regulerer det og sender det til hver IC. Signaler genereret eller behandlet af én IC bevæger sig over printkortets kobberspor til andre IC'er, stik og komponenter. Afkoblingskondensatorer placeret ved siden af ​​hver chip stabiliserer dens forsyning, og printkortets jordplan giver hver enhed en fælles reference.

Derfor forstås den søgte frase "integreret kredsløbskort" bedst som et bestykket printkort: et printkort, der er blevet samlet med dets IC'er og understøttende dele. Printkortet uden chips er et bart printkort; chips uden et printkort kan ikke fungere. Samlingstrinnet er det, der forvandler de to til et fungerende system, og det er kernen i, hvad en nøglefærdig printkortmonteringsservice leverer.

IC-pakketyper og deres printkortfodaftryk

En IC's pakke er broen mellem silicium og printplade, og den dikterer, hvordan chippen monteres, dirigeres og inspiceres. Valg af pakke er derfor lige så meget en PCB-beslutning som en kredsløbsbeslutning. Mindre, tættere pakker sparer printpladeplads, men kræver finere spor, strammere tolerancer og mere avanceret samling og inspektion.

Fordi samlingerne under en QFN eller BGA ikke kan ses, er printkort, der bruger dem, ofte afhængige af en grundig fremstillingskontrol og røntgeninspektion under konstruktionen. Tætte fine-pitch-enheder skubber ofte et design mod en HDI-fabrikationsmetode med mikrovias for at sprede signalerne.

Design og konstruktion af et printkort til IC'er

At forvandle et diagram fyldt med IC'er til et pålideligt produkt afhænger af at få tre ting rigtigt: fodaftrykket, sourcingen og samlingen. Et fodaftryk, der ikke stemmer overens med databladet, fører til kortslutninger, brud eller omvendte dele. En IC, der er svær at finde eller er ved at være udtjent, kan sætte hele konstruktionen i stå. Og en pakke, som samlebåndet ikke kan placere eller inspicere præcist, underminerer udbyttet.

Det er her, en produktionspartner tilfører værdi, før et printkort er bygget. Til prototyper og små serier kan en lavvolumen-monteringsservice validere fodaftryk og sourcing billigt, mens komplekse flerlagsdesigns drager fordel af printkortkapacitet med et højt antal lag . Produkter med krævende termiske eller effekt-IC'er kan gå over til en metalkerne-enhed , og indlejrede styresystemer, såsom dem i robot- og automatiseringsprintkort, kombinerer ofte flere IC-typer på én enhed.

Tjekliste før du bygger

• Bekræft fodspor i forhold til IC-databladet, inklusive pin et, polaritet og termiske puder.
• Bekræft sourcing med nøjagtige varenumre, livscyklusstatus og godkendte alternativer.
• Match monteringsmetoden til pakken — reflow til finpitch SMT, selektiv eller bølge til gennemgående hul.
• Planinspektion så skjulte samlinger under BGA'er og QFN'er er dækket af røntgen.

Ved at håndtere fremstilling og montering samlet – modellen bag én EMS-udbyder – holdes kortet og dets IC'er synkroniseret fra designdata til den endelige test, hvilket er den mest pålidelige måde at levere et fungerende integreret kredsløbskort på.

Eksempler på IC'er og PCB'er i hverdagsudstyr

Den klareste måde at forstå forholdet mellem IC og PCB er at se på produkter, folk bruger hver dag. I hvert af dem udfører de integrerede kredsløb beregnings- eller signalarbejdet, mens printkortet holder dem, forbinder dem og forsyner dem med strøm. Ingen af ​​delene er en hel enhed i sig selv.

Vigtige eksempler fra hverdagen

• Smartphones: En processor og hukommelses-IC'er sidder på et kompakt flerlagsprintkort.
• Bærbar computer bundkort: Et stort printkort indeholder CPU-, chipsæt- og strømforsynings-IC'er.
• Mikrocontroller-kort: én MCU-chip kører på et lille, billigt kort.
• USB-strømadapter: En controller-IC og passive dele deler et lille printkort.
• LED driver: En driver-IC på et aluminiumskort indstiller strømmen.
• Bilens styreenhed: Robuste kort er vært for kontrol-IC'er i et forseglet modul.

At producere en af ​​disse betyder at forvandle et verificeret design til et færdigbygget printkort, hvilket er det daglige arbejde på vores Kina-baserede fabrik , fra det bare printkort til den fulde komponentplacering.

Hverdagsenheder gør forholdet konkret. Et smartphone-bundkort er et tæt flerlags-PCB, der bærer snesevis af IC'er - processor, hukommelse, strømstyring og radiochips - som alle er forbundet med hinanden af ​​kobberlag. Et simpelt LED-driverkort er et lille PCB med én driver-IC og et par passive komponenter. Selv et hobby-mikrocontrollerkort er et IC monteret på et PCB, der deler sine ben ud til headere. I alle tilfælde leverer IC'en intelligensen, mens PCB'en leverer forbindelser, strøm og mekanisk support.

Ofte stillede spørgsmål

Er en IC det samme som et printkort?

Nej. En IC er en enkeltpakket halvlederkomponent, der udfører en funktion, mens et printkort er det printkort, der holder og elektrisk forbinder mange komponenter. Et printkort kan indeholde snesevis af IC'er sammen med modstande, kondensatorer og stik.

Hvad betyder "integreret kredsløbskort"?

Det refererer generelt til et printkort, der er blevet besat med integrerede kredsløb og andre komponenter – med andre ord et samlet printkort. Udtrykket blander de to koncepter, men teknisk set er IC'en og printkortet separate elementer.

Kan et printkort fungere uden IC'er?

Ja, simple printkort kan kun fungere med passive komponenter såsom modstande, kondensatorer, stik og LED'er. Imidlertid er det meste moderne elektronik afhængig af mindst én IC til at levere kontrol, behandling eller strømstyring.

Hvorfor er IC-pakken vigtig for printkortet?

Pakken fastsætter fodaftryksdimensionerne, monteringsmetoden, routingdensiteten og inspektionskravene. En finpitch BGA kan for eksempel kræve mikrovias, kontrollerede fabrikationstolerancer og røntgeninspektion, som en simpel gennemgående hulchip ikke har.

Er IC'er og PCB'er fremstillet på samme fabrik?

Normalt ikke. IC'er produceres i halvlederwaferfabrikker gennem en helt anden proces, mens printkort fremstilles og samles af printkortproducenter. En printkortfabrik fremskaffer færdige IC'er og monterer dem på printkortet.

Hvordan sikrer jeg mig, at mine IC'er er placeret korrekt på printpladen?

Start med verificerede fodaftryk og tydelige samletegninger, der markerer pin et og polaritet, brug nøjagtige pick-and-place-data, og inspicer med AOI og røntgen, hvor samlinger er skjulte. En gennemgang af fremstillingsevnen før konstruktionen opdager de fleste problemer med fodaftryk og orientering tidligt.

Kan én leverandør håndtere både printkortet og IC-samlingen?

Ja. En nøglefærdig leverandør fremstiller det rene printkort, fremskaffer IC'erne og andre dele, samler dem og tester det færdige produkt, hvilket holder designdataene ensartede på tværs af hvert trin.

Kan et printkort fungere uden IC'er?

Ja. Mange simple printkort indeholder kun passive dele såsom modstande, kondensatorer, stik og LED'er, uden integrerede kredsløb overhovedet. IC'er tilføjer processorkraft eller kontrol, men et printkorts kerneopgave med at forbinde komponenter kræver dem ikke.