IC vs. PCB: Mitä eroa on ja miten ne toimivat yhdessä

An IC (integroitu piiri) on pieni puolijohdepiiri, joka sisältää tuhansia tai miljardeja elektronisia komponentteja yhdessä paketissa, kun taas a piirilevy (PCB) on jäykkä tai joustava piirilevy, joka fyysisesti pitää komponentteja paikallaan ja yhdistää ne kuparijohtimilla. Lyhyesti sanottuna IC suorittaa laskennan tai signaalinkäsittelyn; piirilevy on alusta, joka antaa virtaa, yhdistää ja tukee IC:tä ja kaikkea sen ympärillä olevaa.

IC vs. PCB: Mitä eroa on?

Sekaannus mikropiirin (IC) ja piirilevyn (PCB) välillä on ymmärrettävää, koska harvoin näkee toista ilman toista. Ne sijaitsevat kuitenkin elektroniikkahierarkian eri tasoilla. Integroitu piiri on yksittäinen pakattu komponentti. Painettu piirilevy on rakenne, joka pitää useita tällaisia ​​komponentteja yhdessä ja kytkee ne yhteen toimivaksi piiriksi.

Hyödyllinen analogia on rakennus. IC-piirit ovat laitteita ja koneita – ne tekevät varsinaisen työn. Piirilevy on rakennuksen johdotus, putkisto ja runko, joka syöttää virtaa kullekin koneelle ja mahdollistaa niiden kommunikoinnin. Jos laitteet poistetaan, rakennus on tyhjä; jos rakennus puretaan, laitteilla ei ole mitään, mihin kytkeä.

Mikä on integroitu piiri?

Integroitu piiri, jota usein kutsutaan siruksi tai mikrosiruksi, pakkaa koko elektronisen piirin pienelle puolijohdemateriaalin palalle, lähes aina piille. Pakkauksen sisällä mikroskooppiset transistorit, vastukset ja kondensaattorit valmistetaan ja kytketään toisiinsa tietyn toiminnon suorittamiseksi. Ihmiset etsivät termiä "IC-siru", joka tarkoittaa seuraavaa: itsenäinen piiri, joka on pienoiskokoinen yhdeksi komponentiksi.

Mikropiirit vaihtelevat yksinkertaisista logiikkaporteista miljardeja transistoreita sisältäviin järjestelmäprosessoreihin. Yhteistä niille on, että sisäinen piiri on suljettu kotelon sisään, ja ainoat liityntäpisteet ovat ulkoiset nastat tai padit. Näihin nastoihin piirilevy kytketään.

Yhteisten IC-luokkien

• Digitaaliset IC: t: mikrokontrollerit, mikroprosessorit, muisti ja logiikkalaitteet, jotka toimivat binäärisignaalien kanssa.
• Analogiset IC:t: vahvistimet, jännitesäätimet ja anturit, jotka käsittelevät jatkuvia signaaleja.
• Sekasignaali-IC:t: laitteita, kuten datamuuntimia, jotka yhdistävät analogisen ja digitaalisen maailman.
• Virtapiirit: säätimet ja ajurit, jotka hallitsevat virtaa ja jännitettä muulle järjestelmälle.

Mikä on piirilevy ja mitä se tekee?

Painettu piirilevy on eristävästä materiaalista, yleensä lasikuituvahvisteisesta epoksista (FR-4), tehty laminaatti, jossa on yksi tai useampi kuparikerros syövytettyinä johtavina poluina. Nämä polut korvaavat varhaisen elektroniikan käyttämät käsin johdotetut liitäntäniput, mikä antaa jokaiselle tuotteelle kompaktin, toistettavan ja mekaanisesti vakaan liitäntäjärjestelmän.

Osien yhdistämisen lisäksi piirilevy syöttää säädeltyä virtaa kullekin laitteelle, hallitsee lämpöä, ohjaa signaalin eheyttä pinoamisensa kautta ja tarjoaa jäykän tai joustavan rakenteen, jonka ympärille koko kokoonpano on rakennettu. Kuparikerrosten määrä voi vaihdella yhdestä kuuteenkymmeneen tai enemmän, minkä ansiosta monimutkaiset tuotteet voivat reitittää tuhansia liitäntöjä pieneen tilaan.

Mitä piirilevy tarjoaa

• Sähköliitäntä: Kuparijohtimet, -tasot ja -läpiviennit yhdistävät jokaisen komponentin.
• Virran ja maan jakelu: erilliset lentokoneet syöttävät puhdasta virtaa integroituihin piiriin.
• Mekaaninen tuki: komponentit on ankkuroitu ja suojattu.
• Signaali- ja lämmönhallinta: kontrolloitu impedanssi ja kupari lämmön leviämistä varten.

Miten IC:t ja piirilevyt toimivat yhdessä

Todellisessa tuotteessa mikropiiri ja piirilevy ovat kumppaneita. Piirilevy saa virtansa liittimestä tai akusta, säätelee sitä ja reitittää sen kullekin mikropiirille. Yhden mikropiirin tuottamat tai käsittelemät signaalit kulkevat levyn kuparijohtimia pitkin muihin mikropiireihin, liittimiin ja komponentteihin. Kunkin sirun viereen sijoitetut erotuskondensaattorit vakauttavat sen virransyöttöä, ja levyn maataso antaa jokaiselle laitteelle yhteisen referenssin.

Tästä syystä hakusanalla ”integroitu piirilevy” tarkoitetaan parhaiten kokonaista piirilevyä: piirilevyä, joka on koottu integroitujen piirilevyjensä ja tukiosiensa kanssa. Piirilevy ilman siruja on paljas piirilevy; sirut ilman levyä eivät voi toimia. Kokoonpanovaiheessa näistä kahdesta tulee toimiva järjestelmä, ja se on koko järjestelmän ydin. avaimet käteen -piirilevyjen kokoonpanopalvelu toimittaa.

IC-pakettityypit ja niiden piirilevyjen jalanjäljet

Mikropiirin kotelo on silta piisirun ja piirilevyn välillä, ja se sanelee, miten siru asennetaan, reititetään ja tarkastetaan. Kotelon valinta on siksi yhtä lailla piirilevypäätös kuin piirilevypäätöskin. Pienemmät ja tiheämmät kotelot säästävät tilaa piirilevyllä, mutta vaativat hienompia johtimia, tiukempia toleransseja sekä edistyneempää kokoonpanoa ja tarkastusta.

Koska QFN- tai BGA-levyjen alla olevia liitoksia ei voida nähdä, niitä käyttävät levyt luottavat usein perusteellinen valmistettavuuden tarkistus ja röntgentarkastus rakennuksen aikana. Tiheät hienojakoiset laitteet usein työntävät suunnittelua kohti HDI-valmistusmenetelmä mikroputkilla signaalien levittämiseksi.

Piirilevyn suunnittelu ja rakentaminen IC-piireille

Täynnä mikropiirejä olevan kytkentäkaavion muuttaminen luotettavaksi tuotteeksi riippuu kolmesta asiasta oikein: tilantarpeesta, hankinnasta ja kokoonpanosta. Datalehdessä kuvatusta poikkeava tilantarve johtaa oikosulkuun, katkoksiin tai väärin päin oleviin osiin. Vaikeasti hankittava tai elinkaarensa päähän menevä mikropiiri voi pysäyttää koko kokoonpanon. Ja kotelo, jota kokoonpanolinja ei pysty sijoittamaan tai tarkastamaan tarkasti, heikentää saantoa.

Tässä kohtaa valmistuskumppani lisää arvoa ennen kuin mikään piirilevy on valmis. Prototyyppejä ja lyhyitä sarjoja varten pienten volyymien kokoonpanopalvelu voi validoida jalanjäljet ​​ja hankinnat edullisesti, kun taas monimutkaiset monikerrosmallit hyötyvät suuren kerrosmäärän levymahdollisuusVaativia lämpö- tai tehopiirejä sisältävät tuotteet voivat siirtyä metallisydämen kokoonpanoja sulautetut ohjausjärjestelmät, kuten esimerkiksi robotiikka- ja automaatiokortit usein yhdistää useita IC-tyyppejä yhteen kokoonpanoon.

Tarkistuslista ennen rakentamista

• Tarkista jalanjäljet IC-tietolehteä vasten, mukaan lukien nasta yksi, napaisuus ja lämpötyynyt.
• Vahvista hankinta tarkat osanumerot, elinkaaren tila ja hyväksytyt vaihtoehdot.
• Kokoamismenetelmän yhteensopivuus pakkaukseen – reflow hienojakoiselle SMT:lle, selektiivinen tai aaltomuoto läpireikään.
• Suunnitelman tarkastus joten BGA- ja QFN-rakenteiden alla olevat piilossa olevat liitokset peitetään röntgenillä.

Valmistuksen ja kokoonpanon yhdistäminen – yhden tuotteen taustalla oleva malli Ensihoidon tarjoaja — pitää piirilevyn ja sen integroidut piirit synkronoituna suunnittelutiedoista lopputestiin asti, mikä on luotettavin tapa toimittaa toimiva integroitu piirilevy.

Esimerkkejä IC- ja PCB-piireistä jokapäiväisissä laitteissa

Selkein tapa ymmärtää IC:n ja PCB:n välinen suhde on tarkastella tuotteita, joita ihmiset käyttävät päivittäin. Jokaisessa niistä integroidut piirit suorittavat laskenta- tai signaalityön, kun taas piirilevy pitää niitä paikallaan, yhdistää ne ja syöttää niille virtaa. Kumpikaan osa ei ole itsenäinen koko laite.

Keskeisiä arkipäivän esimerkkejä

• älypuhelin: prosessori ja muistipiirit sijaitsevat kompaktilla monikerroksisella levyllä.
• Kannettavan emolevy: suuri piirilevy kantaa suorittimen, piirisarjan ja virtapiirit.
• Mikrokontrollerilevy: yksi MCU-siru toimii pienellä ja edullisella levyllä.
• USB-virtalähde: ohjain-IC ja passiiviset osat jakavat pienen piirilevyn.
• LED-ohjain: alumiinilevyllä oleva ohjainpiiri asettaa virran.
• Auton ohjausyksikkö: kestävät piirilevyt sisältävät ohjauspiirejä suljetussa moduulissa.

Minkä tahansa näistä tuottaminen tarkoittaa varmennetun suunnitelman muuttamista valmiiksi rakennetuksi piirilevyksi, mikä on päivittäistä työtä. Kiinassa sijaitseva tehtaammepaljaasta piirilevystä aina komponenttien täydelliseen sijoitteluun asti.

Arkipäivän laitteet tekevät suhteesta konkreettisen. Älypuhelimen emolevy on tiheä monikerroksinen piirilevy, jossa on kymmeniä mikropiirejä – prosessori, muisti, virranhallinta ja radiopiirit – jotka kaikki ovat yhteydessä toisiinsa kuparikerrosten avulla. Yksinkertainen LED-ohjainlevy on pieni piirilevy, jossa on yksi ohjain-IC ja muutama passiivikomponentti. Jopa harrastekäyttöön tarkoitettu mikrokontrollerilevy on piirilevylle asennettu mikropiiri, jonka nastat irtoavat liittimistä. Joka tapauksessa mikropiiri toimittaa älykkyyden, kun taas piirilevy toimittaa liitännät, virran ja mekaanisen tuen.

Usein Kysytyt Kysymykset

Onko IC sama asia kuin piirilevy?

Ei. IC on yksittäinen puolijohdekomponentti, joka suorittaa tietyn toiminnon, kun taas piirilevy on levy, joka pitää sisällään ja yhdistää sähköisesti useita komponentteja. Piirilevyllä voi olla kymmeniä mikropiirejä sekä vastuksia, kondensaattoreita ja liittimiä.

Mitä tarkoittaa "integroitu piirilevy"?

Se viittaa yleensä piirilevyyn, johon on koottu integroituja piirejä ja muita komponentteja – toisin sanoen koottuun piirilevyyn. Termi yhdistää nämä kaksi käsitettä, mutta teknisesti ottaen mikropiiri ja piirilevy ovat erillisiä osia.

Voiko piirilevy toimia ilman integroituja piirejä?

Kyllä, yksinkertaiset piirilevyt voivat toimia vain passiivisten komponenttien, kuten vastusten, kondensaattoreiden, liittimien ja LEDien, kanssa. Useimmat nykyaikaiset elektroniikkalaitteet kuitenkin käyttävät ainakin yhtä mikropiiriä ohjaukseen, prosessointiin tai virranhallintaan.

Miksi IC-pakkauksella on merkitystä piirilevylle?

Paketti määrittää jalanjäljen mitat, kiinnitysmenetelmän, reititystiheyden ja tarkastusvaatimukset. Esimerkiksi hienojakoinen BGA voi vaatia mikroreikiä, hallittuja valmistustoleransseja ja röntgentarkastusta, joita yksinkertainen läpireikäpiiri ei vaadi.

Valmistetaanko IC:t ja piirilevyt samassa tehtaassa?

Yleensä ei. IC-piirit valmistetaan puolijohdekiekkotehtaissa täysin eri prosessilla, kun taas piirilevyt valmistetaan ja kootaan piirilevyvalmistajien toimesta. Piirilevytehdas hankkii valmiit IC-piirit ja asentaa ne piirilevylle.

Miten varmistan, että mikropiirini ovat oikein sijoitetut piirilevylle?

Aloita varmennetuilla pohjapiirroksilla ja selkeillä kokoonpanopiirustuksilla, joihin on merkitty nasta yksi ja napaisuus. Käytä tarkkoja poiminta- ja sijoitustietoja ja tarkista piilossa olevat liitokset AOI:lla ja röntgenillä. Valmistettavuuden tarkastus ennen valmistusta havaitsee useimmat pohjapiirrokseen ja suuntaukseen liittyvät ongelmat varhaisessa vaiheessa.

Voiko yksi toimittaja hoitaa sekä piirilevyn että IC-kokoonpanon?

Kyllä. Avaimet käteen -toimittaja valmistaa paljaan piirilevyn, hankkii integroidut piirit ja muut osat, kokoaa ne ja testaa valmiin tuotteen, mikä pitää suunnittelutiedot yhdenmukaisina jokaisessa vaiheessa.

Voiko piirilevy toimia ilman integroituja piirejä?

Kyllä. Monissa yksinkertaisissa piirilevyissä on vain passiivisia osia, kuten vastuksia, kondensaattoreita, liittimiä ja LEDejä, eikä integroituja piirejä ole lainkaan. IC-piirit lisäävät prosessointia tai ohjausta, mutta piirilevyn ydintehtävä komponenttien yhdistämisessä ei vaadi niitä.