Как выбрать корпус компонента под плату — DIP, SOP или монтаж на поверхность

Корпус компонента определяет не только размер посадочного места на плате. От него зависят способ монтажа, отвод тепла от кристалла, допустимая мощность рассеивания, стойкость к вибрации, стоимость сборки и возможность ремонта изделия. Один и тот же кристалл выпускается в выводном корпусе для монтажа в отверстия, в корпусе для поверхностного монтажа и в исполнении с контактными площадками под корпусом — и параметры готового узла при этом различаются.

Ниже — чем различаются группы корпусов, как корпус связан с тепловым режимом, что учитывается при выборе под серию и под ремонтопригодность и какие данные нужны для подбора позиции.

Группы корпусов

• Выводные корпуса для монтажа в отверстия. Двухрядные корпуса с шагом выводов 2,54 мм, корпуса силовых компонентов с фланцем под радиатор, цилиндрические корпуса диодов. Монтаж выполняется вручную или волновой пайкой, соединение механически прочное.
• Корпуса для поверхностного монтажа средних размеров. Исполнения с выводами по двум или четырём сторонам и шагом от 1,27 до 0,5 мм. Основная группа для серийной сборки на автоматической линии: сюда попадает большинство позиций разделов микросхем и усилителей и компараторов.
• Корпуса с контактными площадками без выводов. Площадки расположены по периметру или под корпусом, часть корпуса отведена под теплоотводящую площадку. Габарит минимален, но монтаж требует паяльной пасты и контролируемого профиля оплавления.
• Корпуса с шариковыми выводами. Выводы расположены массивом под корпусом. Применяются там, где число выводов велико: сигнальные процессоры, программируемая логика, память. Ремонт и замена требуют специального оборудования.
• Чип-компоненты. Типоразмеры пассивных элементов без выводов — основная масса позиций разделов резисторов и конденсаторов. Обозначаются числовым кодом размера.

Сравнение по признакам, влияющим на выбор

Корпус и тепловой режим

1. Тепловое сопротивление корпуса. Указывается для перехода от кристалла к корпусу и от корпуса к окружающей среде. По нему считается перегрев кристалла при заданной рассеиваемой мощности.
2. Расчёт. Температура кристалла равна температуре среды плюс произведение рассеиваемой мощности на суммарное тепловое сопротивление. Результат сравнивается с предельной температурой из документации, и оставляется запас не менее 20–25 °C.
3. Роль платы. Для корпусов с теплоотводящей площадкой основной путь тепла — в медь платы через переходные отверстия. Площадь медного полигона под компонентом входит в расчёт так же, как и сам корпус.
4. Силовые компоненты. Исполнения с фланцем рассчитаны на радиатор, и без него допустимая мощность падает в разы. Это относится и к полевым транзисторам, и к линейным стабилизаторам напряжения.
5. Готовые модули. Когда тепловой расчёт не сходится, вместо дискретной схемы берётся модуль питания с собственным корпусом и заявленным тепловым режимом.

Что учитывается при выборе под серию

• Возможности сборочной линии. Минимальный шаг выводов и минимальный типоразмер чип-компонентов, которые линия устанавливает с приемлемым выходом годных, — это ограничение задаётся производством, а не разработчиком.
• Контроль качества пайки. Корпуса со скрытыми выводами требуют контроля рентгеном. Если такого контроля нет, выбираются исполнения с видимыми выводами.
• Стойкость к вибрации и перепадам температуры. Крупные чип-компоненты и корпуса с жёсткими выводами хуже переносят циклические деформации платы; для аппаратуры на подвижных объектах типоразмер выбирается с учётом этого.
• Влагочувствительность. Корпуса в исполнении для поверхностного монтажа имеют класс влагочувствительности и требуют сушки перед пайкой, если вскрытая упаковка хранилась дольше допустимого срока.
• Доступность позиции. Один и тот же кристалл в разных корпусах поставляется с разными сроками. Массовые исполнения лежат на складах, редкие корпуса заказываются под партию.
• Плотность трассировки. Мелкий шаг выводов требует платы с большим числом слоёв и меньшей шириной проводника — это переносит затраты с компонента на плату.

Когда оправдан выводной корпус

• Единичные изделия, стенды и опытные образцы: замена компонента выполняется без специального оборудования.
• Ремонтные комплекты для аппаратуры, собранной на выводных компонентах.
• Силовые узлы, где нужен фланец под радиатор и большая площадь теплоотвода.
• Разъёмные решения с панелькой под микросхему, когда компонент предполагается менять при обслуживании.
• Цепи с высокими напряжениями, где требуется увеличенный зазор между выводами.

Выводные исполнения сохраняются в производстве у логических микросхем, микроконтроллеров, диодов и транзисторов, но перечень позиций в них сокращается: новые семейства выпускаются сразу в корпусах для поверхностного монтажа.

Ошибки при выборе корпуса

1. Компонент выбран по электрическим параметрам, а корпус — по доступности, и линия не устанавливает выбранный типоразмер.
2. Тепловой расчёт сделан без учёта площади медного полигона под теплоотводящей площадкой.
3. Силовое исполнение с фланцем поставлено без радиатора, и компонент работает у предельной температуры.
4. Не учтён класс влагочувствительности, и после длительного хранения вскрытой упаковки при пайке появляются отслоения.
5. Для ремонтопригодного изделия выбран корпус с шариковыми выводами.
6. В аппаратуре на подвижном объекте применены крупные чип-конденсаторы, и при вибрации появляются трещины в керамике.
7. Замена по аналогу подобрана по обозначению без сверки корпуса, и посадочное место не совпадает.

Что прислать для подбора

• Обозначение компонента с полным суффиксом корпуса или перечень требуемых электрических параметров.
• Ограничения сборочной линии: минимальный шаг выводов, минимальный типоразмер, наличие контроля рентгеном.
• Рассеиваемую мощность и температуру среды внутри изделия.
• Условия эксплуатации: диапазон температур, вибрация, влажность.
• Требования к ремонтопригодности и к сроку поддержки изделия.
• Объём партии и планируемую периодичность закупок — от этого зависит выбор между складским исполнением и заказным.

Частые вопросы

Одинаковы ли электрические параметры одного кристалла в разных корпусах? Базовые параметры совпадают, но допустимая рассеиваемая мощность, тепловое сопротивление и иногда предельные напряжения различаются. Сверять нужно документацию на конкретное исполнение, а не на семейство.

Как узнать корпус по обозначению? Корпус кодируется суффиксом в конце обозначения, и у каждого изготовителя своя система суффиксов. Поэтому в заявке указывается обозначение целиком, включая суффикс и код упаковки.

Можно ли поставить компонент в корпусе меньшего размера на прежнее посадочное место? Нет, посадочное место проектируется под конкретный корпус. Замена корпуса означает изменение платы.

Что делать, если нужное исполнение снято с производства? Подбирается аналог по электрическим параметрам с тем же корпусом либо принимается решение о доработке платы. Второй путь дороже, но иногда единственный — тогда он планируется вместе с ближайшей ревизией изделия.

Обязательна ли сушка компонентов перед пайкой? Требуется, если срок нахождения компонентов вне герметичной упаковки превысил допустимый для их класса влагочувствительности. Режим сушки указан в документации на компонент.

Что мы делаем

Подбираем компоненты с учётом корпуса, ограничений сборочной линии и теплового режима, проверяем доступность конкретного исполнения и сроки поставки, подбираем аналоги при снятии позиции с производства, поставляем компоненты в заводской упаковке с соблюдением условий хранения. В наличии микросхемы, микроконтроллеры, микросхемы памяти, транзисторы, керамические конденсаторы, резисторы, разъёмы и микросхемы управления питанием.

Пришлите перечень позиций с суффиксами корпусов или требуемые параметры и ограничения линии на micro@tkasiatorg.ru — подберём исполнения, проверим сроки и посчитаем партию с запасом.