Двойной встроенный корпус (DIP/DIL): описание и применение.

Введение

Тип корпуса электронного компонента

В микроэлектронике, двойной встроенный корпус (DIP или DIL) — это корпус электронного компонента с прямоугольным корпусом и двумя параллельными рядами электрических выводов. Корпус может быть установлен в печатную плату (PCB) через отверстия или вставлен в гнездо. Формат двойного встроенного корпуса был изобретен Доном Форбсом, Рексом Райсом и Брайантом Роджерсом в Fairchild R&D в 1964 году, когда ограниченное количество выводов, доступных на круглых корпусах транзисторов, стало препятствием для использования интегральных схем. Все более сложные схемы требовали большего количества выводов для передачи сигналов и питания (как отмечается в правиле Рента); в конечном итоге микропроцессоры и аналогичные сложные устройства требовали большего количества выводов, чем можно было разместить в корпусе DIP, что привело к разработке корпусов чипов с более высокой плотностью. Кроме того, квадратные и прямоугольные корпуса облегчали прокладку проводников печатной платы под корпусами. Корпус DIP обычно обозначается как DIPn, где n — общее количество выводов. Например, микросхема с двумя рядами по семь выводов будет DIP14. На фотографии в правом верхнем углу показаны три микросхемы DIP14. Типичные корпуса имеют от трех до 64 выводов. Многие типы аналоговых и цифровых интегральных схем доступны в корпусах DIP, как и массивы транзисторов, переключателей, светодиодов и резисторов. Разъемы DIP для плоских кабелей могут использоваться со стандартными гнездами для микросхем. Корпуса DIP обычно изготавливаются из непрозрачного литого эпоксидного пластика, запрессованного вокруг лужевой рамки с оловянным, серебряным или золотым покрытием, которая поддерживает кристалл устройства и обеспечивает соединительные выводы. Некоторые типы микросхем изготавливаются в керамических корпусах DIP, где требуется высокая температура или высокая надежность, или где устройство имеет оптическое окно во внутреннюю часть корпуса. Большинство корпусов DIP крепятся к печатной плате путем вставки выводов в отверстия в плате и их пайки. Если требуется замена компонентов, например, в испытательных стендах или если программируемые устройства необходимо извлечь для внесения изменений, используется гнездо DIP. Некоторые гнезда оснащены механизмом нулевой силы вставки (ZIF). Вариации корпуса DIP включают в себя корпуса только с одним рядом выводов, например, массив резисторов, возможно, с теплоотводной площадкой вместо второго ряда выводов, а также корпуса с четырьмя рядами выводов, по два ряда, со смещением, на каждой стороне корпуса. Корпуса DIP в основном были вытеснены типами корпусов для поверхностного монтажа, которые позволяют избежать затрат на сверление отверстий в печатной плате и обеспечивают более высокую плотность соединений.

In microelectronics, a dual in line package (DIP or DIL) is an electronic component package with a rectangular housing and two parallel rows of electrical connecting pins. The package may be through hole mounted to a printed circuit board (PCB) or inserted in a socket. The dual inline format was invented by Don Forbes, Rex Rice and Bryant Rogers at Fairchild R&D in 1964, when the restricted number of leads available on circular transistor style packages became a limitation in the use of integrated circuits. Increasingly complex circuits required more signal and power supply leads (as observed in Rent's rule); eventually microprocessors and similar complex devices required more leads than could be put on a DIP package, leading to development of higher density chip carriers. Furthermore, square and rectangular packages made it easier to route printed circuit traces beneath the packages. A DIP is usually referred to as a DIPn, where n is the total number of pins. For example, a microcircuit package with two rows of seven vertical leads would be a DIP14. The photograph at the upper right shows three DIP14 ICs. Common packages have as few as three and as many as 64 leads. Many analog and digital integrated circuit types are available in DIP packages, as are arrays of transistors, switches, light emitting diodes, and resistors. DIP plugs for ribbon cables can be used with standard IC sockets. DIP packages are usually made from an opaque molded epoxy plastic pressed around a tin , silver , or gold plated lead frame that supports the device die and provides connection pins. Some types of IC are made in ceramic DIP packages, where high temperature or high reliability is required, or where the device has an optical window to the interior of the package. Most DIP packages are secured to a PCB by inserting the pins through holes in the board and soldering them in place. Where replacement of the parts is necessary, such as in test fixtures or where programmable devices must be removed for changes, a DIP socket is used. Some sockets include a zero insertion force (ZIF) mechanism. Variations of the DIP package include those with only a single row of pins, e. g. a resistor array, possibly including a heat sink tab in place of the second row of pins, and types with four rows of pins, two rows, staggered, on each side of the package. DIP packages have been mostly displaced by surface mount package types, which avoid the expense of drilling holes in a PCB and which allow higher density of interconnections.

Типы устройств

DIP широко используются для интегральных схем (ИС). Другие устройства в DIP-корпусах включают в себя резисторные сети, DIP-переключатели, светодиодные сегментные и столбчатые индикаторы, а также электромеханические реле. Разъемы DIP для плоских кабелей широко распространены в компьютерах и другом электронном оборудовании. Компания Dallas Semiconductor производила интегрированные модули часов реального времени (RTC) в DIP-корпусе, которые содержали микросхему ИС и не подлежащую замене литиевую батарею со сроком службы 10 лет. DIP-колодки для подключения дискретных компонентов, на которые можно было припаять отдельные элементы, использовались там, где требовалось легко извлекать группы компонентов для изменения конфигурации, добавления опций или калибровки.

Применение

Оригинальный корпус с двойным рядом выводов был изобретен Брайантом "Баком" Роджерсом в 1964 году, работая в Fairchild Semiconductor. Первые устройства имели 14 контактов и выглядели примерно так же, как и сегодня. Прямоугольная форма позволила упаковывать интегральные схемы более плотно, чем предыдущие круглые корпуса. Корпус хорошо подходил для автоматизированного сборочного оборудования: печатную плату можно было заполнить десятками или сотнями микросхем, затем все компоненты на плате можно было одновременно припаять на волновой паяльной машине и передать на автоматизированные испытательные машины, требуя при этом очень мало ручного труда. Корпуса DIP по-прежнему были крупными по сравнению с интегрированными схемами внутри них. К концу 20-го века корпуса для поверхностного монтажа позволили еще больше уменьшить размер и вес систем. Чипы DIP по-прежнему популярны для прототипирования схем на макетной плате благодаря простоте их установки и использования. В 1970-х и 1980-х годах DIP были основным типом корпуса в микроэлектронной промышленности. Их использование сократилось в первом десятилетии 21-го века из-за появления новых технологий поверхностного монтажа (SMT), таких как корпуса с пластиковыми выводами (PLCC) и малогабаритные интегральные схемы (SOIC), хотя DIP продолжали широко использоваться в 1990-х годах и оставались востребованными вплоть до 2011 года. Поскольку некоторые современные чипы доступны только в корпусах для поверхностного монтажа, ряд компаний продают различные адаптеры для прототипирования, позволяющие использовать эти устройства для поверхностного монтажа (SMD) как DIP-устройства с макетными платами и платами для прототипирования с сквозными отверстиями (такими как stripboard и perfboard). (SMT может представлять собой значительную проблему, по крайней мере, неудобство, для прототипирования в целом; большинство характеристик SMT, которые являются преимуществами для массового производства, создают трудности при прототипировании.) Для программируемых устройств, таких как EPROM и GAL, DIP оставались популярными в течение многих лет благодаря простоте работы с внешними схемами программирования (то есть DIP-устройства можно было просто вставлять в разъем на программирующем устройстве). Однако с развитием технологии внутрисхемного программирования (ISP) это преимущество DIP также быстро теряет свою актуальность. В 1990-х годах устройства с менее чем 20 выводами выпускались в формате DIP наряду с новыми форматами. С 2000 года новые устройства часто недоступны в формате DIP.

The original dual in line package was invented by Bryant "Buck" Rogers in 1964 while working for Fairchild Semiconductor. The first devices had 14 pins and looked much like they do today. The rectangular shape allowed integrated circuits to be packaged more densely than previous round packages. The package was well suited to automated assembly equipment; a PCB could be populated with scores or hundreds of ICs, then all the components on the circuit board could be soldered at one time on a wave soldering machine and passed on to automated testing machines, with very little human labor required. DIP packages were still large with respect to the integrated circuits within them. By the end of the 20th century, surface mount packages allowed further reduction in the size and weight of systems. DIP chips are still popular for circuit prototyping on a breadboard because of how easily they can be inserted and used there. DIPs were the mainstream of the microelectronics industry in the 1970s and 1980s. Their use has declined in the first decade of the 21st century due to the emerging new surface mount technology (SMT) packages such as plastic leaded chip carrier (PLCC) and small outline integrated circuit (SOIC), though DIPs continued in extensive use through the 1990s, and still continue to be used substantially as the year 2011 passes. Because some modern chips are available only in surface mount package types, a number of companies sell various prototyping adapters to allow those surface mount devices (SMD) to be used like DIP devices with through hole breadboards and soldered prototyping boards (such as stripboard and perfboard). (SMT can pose quite a problem, at least an inconvenience, for prototyping in general; most of the characteristics of SMT that are advantages for mass production are difficulties for prototyping.) For programmable devices like EPROMs and GALs, DIPs remained popular for many years due to their easy handling with external programming circuitry (i. e., the DIP devices could be simply plugged into a socket on the programming device.) However, with In System Programming (ISP) technology now state of the art, this advantage of DIPs is rapidly losing importance as well. Through the 1990s, devices with fewer than 20 leads were manufactured in a DIP format in addition to the newer formats. Since about 2000, newer devices are often unavailable in the DIP format.

Монтаж

ДИПы могут монтироваться как пайкой через отверстия, так и в цоколях (socket). Цоколи обеспечивают легкую замену устройства и исключают риск повреждения от перегрева при пайке. Обычно цоколей использовали для дорогих или крупных интегральных схем, стоимость которых значительно превышала стоимость самого цоколя. В случаях частой установки и извлечения устройств, например, в тестовом оборудовании или программистах EPROM, применялись цоколи с нулевой силой вставки. ДИПы также используются с макетными платами (breadboards) – временным способом монтажа для обучения, разработки или тестирования устройств. Некоторые энтузиасты используют точечную проводку с ДИПами для единичного изготовления или постоянного прототипирования, и их внешний вид в перевернутом положении при таком методе послужил источником неформального термина "стиль мертвой букашки" для обозначения этого способа монтажа.

Строительство

Корпус (оболочка) DIP, содержащий микросхему IC, обычно изготавливается из формованного пластика или керамики. Герметичность керамического корпуса предпочтительна для устройств с исключительно высокой надежностью. Однако подавляющее большинство DIP производятся посредством термореактивного процесса литья, при котором компаунд на основе эпоксидной смолы нагревается и под давлением переносится для инкапсуляции устройства. Типичные циклы отверждения смолы составляют менее 2 минут, и один цикл может произвести сотни устройств. Выводы выходят из более длинных сторон корпуса вдоль шва, параллельно верхней и нижней плоскостям корпуса, и согнуты вниз примерно на 90 градусов (или немного меньше, оставляя их слегка отклоненными от центральной линии корпуса). (SOIC, корпус SMT, наиболее похожий на типичный DIP, выглядит практически так же, несмотря на масштаб, за исключением того, что после изгиба вниз выводы снова изгибаются вверх под тем же углом, чтобы стать параллельными нижней плоскости корпуса.) В керамических корпусах (CERDIP) эпоксидная смола или герметик используются для герметичного соединения двух половинок вместе, обеспечивая герметичность от воздуха и влаги для защиты кристалла IC внутри. Пластиковые корпуса DIP (PDIP) обычно герметизируются путем сплавления или склеивания пластиковых половинок вокруг выводов, но высокой степени герметичности не достигается, поскольку сам пластик обычно несколько пористый для влаги, и процесс не может обеспечить хорошую микроскопическую герметизацию между выводами и пластиком во всех точках по периметру. Однако загрязнения обычно все еще эффективно предотвращаются, что позволяет устройству надежно работать десятилетиями при разумном обращении в контролируемой среде. Внутри корпуса нижняя половина содержит встроенные выводы, а в центре корпуса находится прямоугольное пространство, камера или пустота, в которую крепится кристалл IC. Выводы корпуса диагонально проходят внутри корпуса от точек их выхода вдоль периферии к точкам вдоль прямоугольного периметра, окружающего кристалл, сужаясь по мере приближения к тонким контактам на кристалле. Ультратонкие соединительные провода (едва различимые невооруженным глазом) привариваются между этими контактами периметра кристалла и контактными площадками на самом кристалле, соединяя каждый вывод с каждой контактной площадкой и обеспечивая окончательное соединение между микросхемами и внешними выводами DIP. Соединительные провода обычно не натянуты, а слегка поднимаются вверх, чтобы обеспечить запас для теплового расширения и сжатия материалов; если один соединительный провод обрывается или отсоединяется, вся микросхема может стать бесполезной. Верхняя часть корпуса закрывает всю эту деликатную сборку, не повреждая соединительные провода, и защищает ее от загрязнения посторонними материалами. Обычно на корпусе печатается логотип компании, буквенно-цифровые коды и иногда слова для идентификации производителя и типа, даты изготовления (обычно год и номер недели), иногда места изготовления и другая конфиденциальная информация (например, номера ревизий, коды производственного предприятия или идентификационные коды шагов). Необходимость размещения всех выводов в основном радиальной схеме в одной плоскости от периметра кристалла до двух рядов на периферии корпуса является основной причиной, по которой DIP корпуса с большим количеством выводов должны иметь большее расстояние между рядами выводов, что фактически ограничивает количество выводов, которое может иметь практичный DIP корпус. Даже для очень маленького кристалла с большим количеством контактных площадок (например, чипа с 15 инверторами, требующего 32 выводов) потребуется более широкий DIP для размещения радиально расположенных выводов внутри. Это одна из причин, по которой были введены корпуса с четырьмя сторонами и несколькими рядами, такие как PGA (около начала 1980-х годов). Большой DIP корпус (например, DIP64, используемый для процессора Motorola 68000) имеет длинные выводы внутри корпуса между выводами и кристаллом, что делает такой корпус непригодным для высокоскоростных устройств. Некоторые другие типы DIP устройств построены совершенно по-другому. Большинство из них имеют пластиковые корпуса и прямые выводы или выводы, которые выходят непосредственно из нижней части корпуса. Для некоторых, особенно для светодиодных дисплеев, корпус обычно представляет собой полый пластиковый ящик с открытым дном/задней частью, заполненный (вокруг содержащихся электронных компонентов) твердым полупрозрачным эпоксидным материалом, из которого выходят выводы. Другие, такие как DIP переключатели, состоят из двух (или более) пластиковых частей корпуса, защелкнутых, сваренных или склеенных вместе вокруг набора контактов и крошечных механических деталей, с выводами, выходящими через формованные отверстия или прорези в пластике.

The body (housing) of a DIP containing an IC chip is usually made from molded plastic or ceramic. The hermetic nature of a ceramic housing is preferred for extremely high reliability devices. However, the vast majority of DIPs are manufactured via a thermoset molding process in which an epoxy mold compound is heated and transferred under pressure to encapsulate the device. Typical cure cycles for the resins are less than 2 minutes and a single cycle may produce hundreds of devices. The leads emerge from the longer sides of the package along the seam, parallel to the top and bottom planes of the package, and are bent downward approximately 90 degrees (or slightly less, leaving them angled slightly outward from the centerline of the package body). (The SOIC, the SMT package that most resembles a typical DIP, appears essentially the same, notwithstanding size scale, except that after being bent down the leads are bent upward again by an equal angle to become parallel with the bottom plane of the package.) In ceramic (CERDIP) packages, an epoxy or grout is used to hermetically seal the two halves together, providing an air and moisture tight seal to protect the IC die inside. Plastic DIP (PDIP) packages are usually sealed by fusing or cementing the plastic halves around the leads, but a high degree of hermeticity is not achieved because the plastic itself is usually somewhat porous to moisture and the process cannot ensure a good microscopic seal between the leads and the plastic at all points around the perimeter. However, contaminants are usually still kept out well enough that the device can operate reliably for decades with reasonable care in a controlled environment. Inside the package, the lower half has the leads embedded, and at the center of the package is a rectangular space, chamber, or void into which the IC die is cemented. The leads of the package extend diagonally inside the package from their positions of emergence along the periphery to points along a rectangular perimeter surrounding the die, tapering as they go to become fine contacts at the die. Ultra fine bond wires (barely visible to the naked human eye) are welded between these die periphery contacts and bond pads on the die itself, connecting one lead to each bond pad, and making the final connection between the microcircuits and the external DIP leads. The bond wires are not usually taut but loop upward slightly to allow slack for thermal expansion and contraction of the materials; if a single bond wire breaks or detaches, the entire IC may become useless. The top of the package covers all of this delicate assemblage without crushing the bond wires, protecting it from contamination by foreign materials. Usually, a company logo, alphanumeric codes and sometimes words are printed on top of the package to identify its manufacturer and type, when it was made (usually as a year and a week number), sometimes where it was made, and other proprietary information (perhaps revision numbers, manufacturing plant codes, or stepping ID codes.) The necessity of laying out all of the leads in a basically radial pattern in a single plane from the die perimeter to two rows on the periphery of the package is the main reason that DIP packages with higher lead counts must have wider spacing between the lead rows, and it effectively limits the number of leads which a practical DIP package may have. Even for a very small die with many bond pads (e. g. a chip with 15 inverters, requiring 32 leads), a wider DIP would still be required to accommodate the radiating leads internally. This is one of the reasons that four sided and multiple rowed packages, such as PGAs, were introduced (around the early 1980s). A large DIP package (such as the DIP64 used for the Motorola 68000 CPU) has long leads inside the package between pins and the die, making such a package unsuitable for high speed devices. Some other types of DIP devices are built very differently. Most of these have molded plastic housings and straight leads or leads that extend directly out of the bottom of the package. For some, LED displays particularly, the housing is usually a hollow plastic box with the bottom/back open, filled (around the contained electronic components) with a hard translucent epoxy material from which the leads emerge. Others, such as DIP switches, are composed of two (or more) plastic housing parts snapped, welded, or glued together around a set of contacts and tiny mechanical parts, with the leads emerging through molded in holes or notches in the plastic.

Одноразовые

Пакет с одним рядом выводов (SIP или SIL-пакет) имеет один ряд соединительных контактов. Он менее популярен, чем DIP, но использовался для корпусирования микросхем памяти RAM и нескольких резисторов с общим выводом. По сравнению с DIP, которые обычно имеют до 64 выводов, SIP обычно имеют до 24 выводов при более низкой стоимости корпуса. Одна из разновидностей SIP-пакета использует часть выводящей рамки для прикрепления радиатора. Этот многовыводный мощный корпус полезен в таких приложениях, как, например, аудиоусилители мощности.

Квадролинейная

QIP, иногда называемый QIL-корпусом, имеет те же габариты, что и DIL-корпус, но выводы с каждой стороны изогнуты в чередующуюся зигзагообразную конфигурацию, чтобы разместить четыре линии паяльных площадок (вместо двух у DIL). Конструкция QIL увеличивала расстояние между паяльными площадками без увеличения размера корпуса по двум причинам:
она обеспечивала более надежную пайку. Это может показаться странным сегодня, учитывая гораздо более плотное расположение паяльных площадок, используемое сейчас, но в 1970-х годах, в период расцвета QIL, иногда возникала проблема замыкания соседних паяльных площадок на чипах DIL.
QIL также увеличивал возможность прокладки медной дорожки между двумя паяльными площадками. Это было очень удобно при использовании тогдашних стандартных односторонних печатных плат.

Количество свинца и расстояние между ними

Обычно используемые DIP-корпуса, соответствующие стандартам JEDEC, имеют шаг выводов (lead pitch) (JEDEC MS 001BA). Расстояние между рядами варьируется в зависимости от количества выводов, наиболее распространенными являются 0,3 дюйма (7,62 мм) (JEDEC MS 001) или 0,6 дюйма (15,24 мм) (JEDEC MS 011). Менее распространенными стандартизированными расстояниями между рядами являются 0,4 дюйма (10,16 мм) (JEDEC MS 010) и 0,9 дюйма (22,86 мм), а также расстояние между рядами 0,3 дюйма, 0,6 дюйма или 0,75 дюйма с шагом выводов 0,07 дюйма (1,778 мм). В бывшем Советском Союзе и странах Восточного блока использовались аналогичные корпуса, но с метрическим расстоянием между выводами 2,5 мм. Количество выводов всегда четное. Для расстояния между рядами 0,3 дюйма типичными являются 8, 14, 16, 18 и 28 выводов; менее распространены корпуса с 4, 6, 20 и 24 выводами. Чтобы обеспечить четное количество выводов, некоторые DIP-корпуса имеют неиспользуемые, неподключенные (NC) выводы.

Ориентация и нумерация

Как показано на диаграмме, выводы нумеруются последовательно, начиная с вывода 1. Если идентификационная выемка на корпусе находится вверху, вывод 1 расположен в верхнем левом углу устройства. Иногда вывод 1 обозначается небольшим углублением или точкой краски. Например, для 14-выводного DIP-корпуса, при расположении выемки вверху, левые выводы нумеруются от 1 до 7 (сверху вниз), а правый ряд выводов – от 8 до 14 (снизу вверх). На некоторых DIP-устройствах (например, сегментированных светодиодных индикаторах, реле или устройствах, где выводы заменены радиатором) некоторые выводы могут отсутствовать. Оставшиеся выводы нумеруются так, как если бы все позиции были заняты выводами. Помимо обеспечения визуальной идентификации ориентации корпуса, выемка позволяет автоматизированному оборудованию для установки чипов подтверждать правильную ориентацию чипа посредством механического определения.

Потомки

SOIC (Small Outline IC) – это корпус для поверхностного монтажа, который в настоящее время очень популярен, особенно в бытовой электронике и персональных компьютерах. По сути, это уменьшенная версия стандартного PDIP IC, при этом основное отличие, делающее его компонентом для поверхностного монтажа (SMT), заключается в дополнительном изгибе выводов, который расплющивает их, делая параллельными нижней плоскости пластикового корпуса. SOJ (Small Outline J lead) и другие SMT-корпуса с аббревиатурой "SOP" (от "Small Outline Package") в названии можно рассматривать как дальнейших потомков DIP, их изначального предка. Шаг выводов у SOIC-корпусов обычно вдвое меньше, чем у DIP, а у SOP – вдвое меньше, чем у SOIC, то есть вчетверо меньше, чем у DIP (0,1"/2,54 мм, 0,05"/1,27 мм и 0,025"/0,635 мм соответственно).

Корпуса с контактной решеткой (PGA) можно считать эволюционировавшими от DIP. PGA с тем же расположением контактов, что и у большинства DIP, были популярны для микропроцессоров с начала и до середины 1980-х годов и в 1990-х. Владельцы персональных компьютеров с процессорами Intel 80286, 80386, 80486 и P5 Pentium, вероятно, хорошо знакомы с этими PGA-корпусами, которые часто устанавливались в ZIF-разъемы на материнских платах. Сходство настолько велико, что PGA-разъем может быть физически совместим с некоторыми DIP-компонентами, хотя обратное встречается редко.