آی سی یا مدار مجتمع چیست؟

آی سی یکی از پایه های اساسی در الکترونیک است. در طراحی برد الکترونیکی آی سی ، نقش مغز را ایفا میکند. این قطعه یک یک تراشه یا چیپ است که در ساخت برد الکترونیکی بسیار استفاده میشود. آی سی در واقع، یک قطعه کاربردی و مهم در برد الکترونیکی ست. این چیپ معمولا با رنگ مشکی تولید میشود.

آی سی از تعدادی قطعات معروف الکترونیکی مانند مقاومت، ترانزیستور، خازن و …تشکیل میشود. این قطعات همه داخل یک تراشه کوچک قرار می گیرند. با یکدیگر اتصال دارند و یک هدف و کار مشخص را دنبال میکنند.

بررسی داخل آی سی:

برای خیلی از افراد این سوال مطرح است که: داخل آی سی چگونه است؟
تراشه‌ی آی سی یک شبکه ‌بندی‌ پیچیده‌ از ویفر‌های نیمه‌رسانا، اتصالات مسی و سایر قطعات است.همه این اتصال ها در داخل این تراشه، یک مدار را تکشیل می دهند. این قطعات عبارتند از ترانزیستورها، مقاومت‌ها و بقیه قطعات داخلی. به مجموعه ای از چند لایه که روی یکدیگر قرار گرفته و فرم میگیرند، DIE  میگویند.

کلیه قطعات داخل آی سی بسیار ظریف هستند. ویفرها خیلی باریک بوده و اتصالات آنها بسیار ظریف و نازک است.این دای ها مدارهای خیلی ریزی هستند.برای ارتباط بین این قطعات نمی توان از سیم استفاده کرد. این مدارهای کوچک فقط در ارتباط با سایر مدارها کاربرد دارند به همین دلیل از آنها پکیج تهیه میکنند. پکیج ها یا بسته بندی ها ، مبدل های ارتباطی هستند. این بسته ها ارتباط ها و اتصالات ظریف را در آی سی ایجاد میکنند. همان آی سی هایی که در طراحی برد الکترونیکی به ما بی نهایت کمک میکنند.

نمایی از داخل آی سی

انواع پکیج آی سی :

پیکیج های آی سی برای ساخت یک مدار مجتمع بکار می روند. از طرفی برای نگهداری دای ها در مقابل آسیب ها نیز مفید هستند. بنابراین باید هر نوع اتصال خارجی که نیاز است به  بخشی از مدار آی‌سی متصل شود. ابتدا به پایه یا پین یا پد مربوط به آن بخش که قبلا در دیتاشیت تعیین شده اند، متصل شود.  پین‌ها، پایه‌های فلزی هستند که که از پکیج بیرون آمده و در مدارها نصب میشوند. پایه ها رابط ارتباطی این پکیج هاهستند. در ساخت برد الکترونیکی پکیج های مختلفی استفاده میشود. باید با توجه به سفارش طراحی برد الکترونیکی که دارید آن را انتخاب کنید. این پکیج ها گاهی SMD  بوده و یا پین هایی با قابلیت نصب دارند.

نمایی از یک DIE

علائم پلاریته / شماره پین‌ها :

 آی ‌سی‌ها هر کدام، پلاریته دارند. هر نوع پایه ای مکان خود را دارد. عملکرد هر پایه نیز مشخص است. فرمت پکیج باید به شکلی باشد که به راحتی بتوان جایگاه هر پایه را تشخیص داد. علامت Notch یا Dot ، محل پایه شماره یک را نشان دهند. گاهی بعضی از آی سی ها هر دو علامت بکار می رود. زمانی که  پین شماره ۱ مشخص شد. شماره گذاری سایر پین ها به ترتیب در جهت پادساعت گرد انجام میشود.

نمونه ای از شماره گذاری

تقسیم‌بندی IC ها از لحاظ روش نصب در برد :

تفاوت پکیج ها در نحوه نصب آنها است. نصب پکیج ها دو روش دارد:

1. PTH – تکنولوژی آبکاری حفره‌ها یا پرچ توخالی یا پایه‌دار مانند:  DIP
2. .SMD/SMT- تکنولوژی نصب سطحی

تکنولوژی DIP یا پایه‌ی دو ردیفه:

احتمال دارد با این نوع تراشه قبلا کار کرده باشید.  dual in-line package، یا DIP مرسوم ترین نوع بسته‌بندی PHT است.این نوع دارای بدنه‌ی پلاستیکی مشکی رنگ است. دو ردیف موازی پین‌های بیرون آمده دارد. این پین ها روی بدنه هستند. فاصله استاندارد بین پایه‌ها ۲.۵۴ میلی متر است. جهت استفاده دربرد بورد یا بوردهای سوراخ‌دار هم مناسب هستند. با توجه به تعداد پایه های آن، ابعادش تعیین میشود. این تعداد بین ۴ تا ۶۴ عدد است. عرض به شکلی مشخص میشود که آی‌سی بتواند در بخش میانی برد بورد قرار گیرد. اگر آی سی در این بخش قرار بگیرد. هر پین، یک ردیف سوراخ همسان خواهد داشت. بنابراین، امکان اتصال چند سیم به وجود می آید. در نتیجه مشکل اتصال کوتاه را نخواهیم داشت.

این نوع چیپ برای ساخت برد نیز بسیار مناسب هستند. در طراحی برد این نوع روی برد قرار داه شده و از طرف دیگر لحیم می شوند. در نصب آنها استفاده از سوکت نیز مرسوم است. سوکت کمک میکند تا تراشه را در مدار قرار داده و یا آن را راحت جدا کنیم.

روش بسته‌بندی با قابلیت نصب سطحی (SMT یا SMD ):

این آی سی ها بسیار پرکاربرد هستند. ساخت برد با آنها نیاز شرایطی خاصی دارد. باید اتصالات مس متناسب با این تراشه ها طراحی شده باشد. از لحاظ روش نصب به سه نوع تقسیم می شوند:

۱.امکان  نصب با دست
۲.امکان نصب با ابزارهای خاص
۳.غیر قابل نصب یا امکان نصب تنها با ابزارهای خیلی خاص

آی سی‌ های (SOP (Small-Outline:

این نوع در دسته‌ی SMD ها، هستند. چنانچه پایه‌های یک آیسی از نوع DIP را صاف کنید. کمی هم ابعاد آن را کاهش دهید. یک آی‌سی از نوع SOP ساخته میشود. این دسته بندی به راحتی روی برد لحیم میشوند.فاصله پایه‌های آن، تقریبا ۱.۲۷ میلی متر است.

زیرمجموعه ها SOP :

۱.آی سی های SSOP که ابعاد آن ها باز هم کوچک‌تر شده است.
۲. TSOPها که نسبت به SOPها باریک‌تر شده‌اند.
۳. TSSOP ها، مجموع دو دسته قبلی و SOPها یعنی هم کوچک‌تر اند و هم باریک‌تر هستند.

تعداد زیادی از آی سی های ساده در شکل بسته بندی SOIC و SSOP عرضه میشوند. مثلا MAX232 از این نوع هستند.

نمونه ای از آی سی SOP

آی سی‌ های (QFP (Quad Flat Packages :

این آی سی ها دارای تراشه‌هایی چهارگوشه‌ هستند. از همه اضلاع آن‌ها، پین‌ها خارج می‌شود. تعداد پین های آنها میتواند تا ۳۲ عدد باشد. اگر هر ضع ۸ پایه در نظر بگیریم حدود ۳۰۰ پایه میشود.فاصله بین پایه ها حدود ۰.۴ میلی متر تا ۱ میلی متر است.دارای نوع باریک یا TQFP ، خیلی باریک یا VQFP  و low-profile هستند.

آی‌ سی‌ های (QFP (Quad Flat Packages:

اگر پایه های یک آی سی از نوع QFP را کوتاه تر کنیم. به یک نوع از QFP ها به نام  QFN تبدیل میشود. پایه های این نوع آنقدر نازک است که گاها به آن زبانه های اتصال می گویند. این زبانه های در خارجی‌ترین قسمت ظلع‌ها در بخش زیرین آی سی تعبیه میشوند.گاهی به دور پکیج پیچیده می‌شوند .

انواع QFN :

TQFN : QFN باریک
VQFN : QFN فوق باریک
MLF : نوع micro-lead
DFN : تنها دو ظلع دارای زبانه‌های اتصال
TDFN : نوع باریک مورد قبلی.

آی سی‌ های (BGA (Ball Grid Arrays packaging:

پایه‌های این نوع به صورت، شبکه‌ای از گوی‌های برجسته است. فقط برای IC های فوق پیشرفته بکار می رود. هیچ کاربردی در آی سی های معمولی ندارد. ساختاری خاص و جالب دارند. شبکه های دو بعدی از گوی‌های لحیم‌کاری شده  که در سطح زیرین آی‌سی تعبیه میشوند.یکی از کاربردهای آن، میکروپروسسورهایی که در pcDuino یا Raspberry Pi است. ساخت برد الکترونیکی با این دسته بندی ساده نیست. جایگذاری قطعات در بردهای الکترونیکی با این دسته بندی با ماشین‌های pick-and-place و یا دستگاه های reflow oven انجام میشود.