Jak poznáte pouzdra integrovaných obvodů

Související odkazy

Slovník CMOS čip DIP PCB PGA procesor SIP SMT socket tranzistor TTL Katalog produktů Grafické karty Procesory Základní desky

Integrovaný obvod je elektronický obvod postavený na polovodičovém substrátu, obyčejně křemíku. Integrovaný obvod, často nazývaný čip (angl. chip), bývá ještě hermeticky uzavřen v pouzdře nebo v prodyšné plastové tobolce s vývody pro vstup, výstupní a napájecí konektory. Existuje mnoho typů těchto pouzder, přičemž většinou se použije takové pouzdro, které odpovídá míře integrace daného obvodu.

A následně ještě tyto součástky můžeme rozdělit podle výrobní technologie či přesněji podle použitých stavebních prvků (bipolární tranzistory – TTL, kombinace obou typů unipolárních tranzistorů – CMOS a další), ale to už bychom příliš odbíhali.

Uzavřeno, zaplombováno

Pouzdra integrovaných obvodů se dají rozdělit na dvě skupiny podle způsobu, jakým jsou namontovány na desku plošného spoje (PCB – Printed Ciscuit Board). Historicky první se objevila klasická pouzdra s „nožičkami“, jež prochází skrz PCB. Mezi takováto pouzdra patří:

• SIP (Single In-line Package) – jednoduché pouzdro pro integrované obvody s malým počtem součástek a vývodů (osm),
• DIP (Dual In-line Package) – stále se používá pouze pro malé stupně integrace a má dvojnásobný počet vývodů než SIP,
• PGA (Pin Grid Array) – používá se pro integrované obvody s velmi vysokým počtem součástek i vývodů. PGA je navrženo tak, aby mohlo být osazeno (a případně vyjmuto) z patice. Pouzdro tohoto typu používal například procesor Intel Pentium.

SIP (Single In-line Package) DIP (Dual In-line Package) PGA (Pin Grid Array)

Většina dnešních procesorů pro stolní počítače má pouzdra vycházející z PGA. Zatímco první Pentium si vystačilo s 273 nožičkami, počet vývodů dnešních procesorů se blíží téměř tisícovce. Také stupeň integrace je mnohonásobně vyšší, a jestliže například procesor Intel Pentium 75 MHz obsahoval 3,1 milionu tranzistorů, dnešní procesory integrují na čipu přes sto milionů tranzistorů.

Tím se také samozřejmě zvýšilo vydávané teplo, a tak pouzdro PGA prošlo několika vylepšeními. Prvním bylo FC-PGA (Flip Chip PGA), u kterého bylo uspořádání navrženo tak, aby bylo možné co nejsnáze odvádět teplo. Příkladem může být čip Intel Pentium III s jádrem Coppermine a 370 nožičkami, nebo AMD Athlon s jádrem Thunderbird a 462 piny. Pouzdro FC-PGA používají ale už i některé čipy grafických karet. Typickým příkladem může být ATI Radeon 9600 (RV350).

 

Pouzdro FC-PGA používají už i některé čipy grafických karet * Jedno z prvních Pentií s taktem 60 MHz

Dalším vylepšením prapůvodního PGA bylo přidání ochranné kovové destičky (heatspreader), jež měla zároveň za úkol lépe rozvádět čipem vyzařované teplo. Tomuto pouzdru se říká FC-PGA 2. Začalo se používat u procesorů Pentium III s jádrem Tualatin, dále u Pentia 4 a u všech Athlonů 64.

Jde to i bez vrtačky

Druhou velkou skupinu tvoří pouzdra s povrchovou montáží, ve zkratce SMT (Surface Mount Technology). Vývody takových pouzder neprocházejí skrz desku plošného spoje, ale jsou přimontovány (připájeny) pouze k jeho povrchu.

Mezi nejrozšířenější patří pouzdra typu SO-J (například starší paměti, piny zahnuté do tvaru písmene „J“), SO-I a SO-G, která jsou podobná pouzdru DIP, ale montují se přímo na povrch plošného spoje a integrují vyšší počet součástek. SO je zkratkou pro Small Outline.

 

Paměti EtronTech 3,5 ns grafické karty Gainward GeForce4 Ti4200 v pouzdře TSOP * Momentálně nejrychlejší používané paměti Samsung DDR3 1,6 ns (pracující efektivně až na 1 200 MHz) na grafické kartě Radeon X800 XT PE v pouzdře BGA

Dnešní paměti jsou nejčastěji vybaveny moduly v pouzdře TSOP (Thin Small Outline Package), jež jsou, jak už anglické označení napovídá, mnohem tenčí než dříve používané SO-J. TSOP jsou však již pomalu vytlačovány pouzdry typu BGA.

BGA je zkratkou pro Ball Grid Array. Místo klasických nožiček má vývody ve tvaru malých kuliček, a je tak uzpůsoben k přímé montáži na povrch plošného spoje. Pouzdra BGA nebo jejich vylepšené verze jsou používány například u procesorů pro notebooky a také u většiny moderních a rychlých pamětí.

Čip Athlon 64 integruje více než 100 milionů tranzistorů a má 939 vývodů

Starší procesory používaly ještě jiný typ pouzdra pro přímou montáž na povrch PCB. Říkalo se mu PQFP (Plastic Quad Flat Package) a bylo určeno pro čipy s vysokou integrací a vedlo z něj více než padesát vývodů. Bylo čtvercového tvaru, a pokud si ještě pamatujete procesor Intel 286, tak asi přesně víte, o čem je řeč. Velmi podobná byla pouzdra PLCC a LCCC. V prvním případě byl čip v plastickém a ve druhém v keramickém obalu.

Posledním výkřikem módy mezi pouzdry integrovaných obvodů je LGA (Land Grid Array). Toto řešení začala společnost Intel používat u nových procesorů Pentium 4, a opustila tak dosud užívané tradiční nožičky. Místo nich jsou zespodu čipu malé měděné plošky, zatímco piny jsou na Socketu základní desky.

Nová Pentia 4 v pouzdře LGA už postrádají klasické nožičky

Integrované obvody podle počtu součástek

Zkratka	Počet členů	Anglické označení	České označení
SSI	max.10	Small Scale Integration	Obvody s malou integrací
MSI	10–100	Middle Scale Integration	Obvody se střední integrací
LSI	1 000–10 000	Large Scale Integration	Obvody s vysokou integrací
VLSI	10 000 a více	Very Large Scale Integration	Obvody s velmi vysokou integrací

Další informace

• www.fi.muni.cz/usr/pelikan/Vyuka/Vyuk2.html
• www.kingston.com/tools/umg/umg02.asp
• www.encyclopedia.com/html/i1/integrated.asp

Článek vznikl ve spolupráci s časopisem Computer a čerpá z čísla 19/04