마이크로컨트롤러 패키지 타입 101

 

관통홀(THT, THD) 및 표면실장(SMT, SMD) 칩 형식에 대한 소개 

 

 

 

 

맞춤형 마이크로컨트롤러 보드를 제작해 오셨다면 다양한 칩 패키지와 PCB 장착 방식에 익숙하실 겁니다. 하지만 이제 막 시작하는 단계라면 아두이노 개발 보드 사용에 익숙하더라도 SOIC, PDIP, BGA와 같은 패키지 이름이 생소하게 느껴질 수 있습니다.

 

이 PCB Friday 기사에서는 몇 가지 일반적인 마이크로컨트롤러 형식을 소개하고, Arduino를 깜박이게 하는 것부터 사용자 정의 보드를 구현하는 것까지 도와드리겠습니다. 사용자 정의 보드 역시 깜박일 수 있습니다.

 

Through-hole 관통형 마이크로컨트롤러 패키지

 

스루홀 기술(THT, 스루홀 소자, THD라고도 함) 마이크로컨트롤러 패키지는 이름에서 알 수 있듯이 PCB의 구멍을 통해 튀어나온 도체로 구성되어 납땜됩니다. THT는 오래된 기술이며, 많은 경우 더 작고 기계로 조립하기 쉬운 표면 실장 기술(SMT, 표면 실장 소자, SMD라고도 함) 칩으로 대체되었습니다. 이에 대해서는 나중에 설명하겠습니다.

 

DIP: 듀얼 인라인 패키지

 

듀얼 인라인 패키지 칩은 일반적으로 칩의 긴 두 면 밖으로 튀어나온 두 줄의 커넥터 핀을 특징으로 합니다. 각 줄의 커넥터 핀은 중심선 간 간격이 2.54mm(0.1인치)로 배치되어 있어 브레드보드나 퍼포레이티드 보드에 삽입하기에 적합합니다. 이러한 칩은 DIP 이름 앞이나 뒤에 다음과 같은 수정 기호가 붙은 것을 볼 수 있습니다.

 

 

 

 

• DIPn: 예: DIP14, DIP28. 여기서 n은 총 핀 수입니다. 각 면에 핀이 4개씩 있는 DIP 형식 ATtiny85는 DIP8 칩입니다.
• DIPN 또는 DIPW: N 또는 W는 좁은(.3인치) 또는 넓은(.6인치) 칩 형식을 나타냅니다. 넓은/W 형식은 오늘날 그다지 흔하지 않으며, 세가의 옛 YM2612 사운드 칩 을 떠올리게 합니다 .
• PDIP, CDIP: P 또는 C는 플라스틱 또는 세라믹 DIP을 나타내며, P 버전이 더 일반적입니다. 따라서 플라스틱 DIP ATtiny85는 PDIP8N 형식으로 출시될 수 있습니다.

 

위에서 볼 수 있듯이 여러 수정 문자를 함께 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 총 8개의 핀을 가진 좁은 플라스틱 DIP 칩(예: ATtiny85)은 PDIP8N 칩입니다. 그러나 가능한 모든 문자가 항상 사용되는 것은 아닙니다. PDIP8N 칩은 간단히 DIP8로 참조될 수 있습니다.

 

 

 

 

다른 형식으로는 DIP(단일 인라인 패키지)와 비슷하게 생겼지만 접점 한 줄이 잘린 단일 인라인 패키지(SIP)가 있습니다. 여러 개의 칩을 더 큰 칩에 밀어 넣은 SiP( 시스템 인 패키지) 와 혼동하지 않도록 주의하세요. DIP와 비슷하지만 긴 리드와 짧은 리드가 번갈아 배치된 다리가 더 촘촘한 QIP( 쿼드 인라인 패키지) 도 있습니다.

 

 

 

 

Surface-mount 표면 실장 기술 마이크로 컨트롤러 형식

 

요즘 초기 프로토타입이나 단품 제작 외에 마이크로컨트롤러를 개발한다면 SMT 칩 형식을 선택할 가능성이 높습니다. SMT는 크기가 작고 기계 조립이 용이하여 많은 장점이 있습니다. 하지만 브레드보드에 배치하는 것은 일반적으로 캐리어 PCB를 사용해야 하므로 프로토타입 제작이 다소 어렵습니다.

 

그렇다면 이 분야에서는 어떤 종류의 형식/약어를 접하게 될까요? 아래에서 손으로 납땜하기 쉬운 순서대로 나열된 가능한 형식/약어 목록을 확인해 보세요.

 

SOIC: 소형 아웃라인 집적 회로

 

DIP 칩을 절반 정도 크기로 줄이고, 표면 실장 납땜을 위해 다리를 펼치면 SOIC 칩이 됩니다. SOIC의 핀 간 간격은 1.27mm(0.5인치)이며, SOIC 칩은 JEDEC 또는 JEITA에서 정의하며, 특성은 약간 다릅니다.

 

 

 

 

SOIC는 가장 컴팩트한 SMT 마이크로컨트롤러 형식은 아니지만, 손 납땜이 가장 쉬운 것으로 알려져 있으며, DIP 칩의 핀 배열에 익숙하다면 동급 SOIC 칩도 동일한 핀 배열을 가질 가능성이 높습니다. 스루홀(through-hole) 기술을 선호하고 SMT로 전환하고 싶다면 SOIC가 적합한 형식입니다.

 

QFP: 쿼드 플랫 패키지

 

SOIC 칩을 사용하기 시작하면 왜 IO 핀에 2/4면만 사용하는지 논리적으로 생각해 볼 수 있습니다. 이 질문에 대한 답으로, QFP 칩은 (일반적으로) 네 면 모두에서 리드가 튀어나온 정사각형 모양의 SMT 칩입니다.

 

 

 

 

QFP 칩은 1.27mm SOIC 표준보다 IO 핀 피치가 작은 경우가 많아 주변부에 수십 개에서 수백 개에 달하는 핀을 집적할 수 있습니다. 얇은 쿼드 플랫 패키지(TQFP)나 매우 얇은 쿼드 플랫 패키지(VTQFP) 등 다양한 버전이 있습니다.

 

도전적이기는 하지만 충분한 플럭스와 결단력이 있다면 이 칩을 손으로 납땜할 수 있습니다.

 

QFN: 쿼드 플랫 패키지

 

QFN 마이크로컨트롤러는 외부 리드를 완전히 없애고 전도성 돌기만 연결 부위로 사용합니다. QFN 소자는 납땜이 까다로울 수 있지만, 저는 초보적인 기술로도 솔더 페이스트/스텐실/핫플레이트 장비를 사용하여 성공적으로 납땜할 수 있었습니다. 핫에어 건이나 뾰족한 팁이 있는 납땜 인두를 사용할 수도 있다고 합니다. 한두 개 이상을 조립하는 경우, 보드 하우스에 맡기면 번거로움을 덜 수 있습니다.

 

이 형식이 해킹/프로토타입 제작에 특별히 적합하지 않다고 주장할 수도 있습니다. 하지만 이러한 칩은 외부 리드 방식 칩보다 보드 공간/IO를 덜 차지하기 때문에 대량 구현 비용이 저렴합니다.

 

 

 

 

BGA: 볼 그리드 어레이

 

QFN 칩 둘레의 작은 패드에 납땜할 수 있다면, 적절한 열을 가하면 칩 중앙의 패드에도 납땜할 수 있지 않을까요? 칩 아랫면에 솔더볼 을 통해 연결된 접점 그리드를 배열 하면 가능합니다 . BGA 기술은 IO/칩 표면적 측면에서 또 다른 도약을 의미합니다.

 

 

 

 

물론, BGA를 손으로 납땜하는 것은 (전통적인 "닭 냄새 맡고 잘못하고 있어"라는 식의) 불가능하고, 솔더 페이스트와 히트건, 또는 리워크 스테이션을 사용하는 것 역시 쉽지 않은 것 같습니다 (저는 아직 직접 시도해 보지 못했습니다). 마지막으로, 엑스레이 장비나 CT 스캐너 같은 특수 장비를 제외하면 모든 부품이 제대로 납땜되었는지 시각적으로 확인할 방법이 없습니다.

 

물론, 다른 사람(로봇)에게 설계를 정밀하게 조립하게 한다면, 그건 그들의/로봇의 문제가 됩니다. 이 글에서는 BGA 마이크로컨트롤러가 존재한다는 사실만 알려드리겠습니다( 6,000개 이상 ). 하지만 이 101번째 글을 읽고 있다면, 아마 더 쉬운 것부터 시작하고 싶을 겁니다.

 

표준화된 패키지는 정말 훌륭해요

 

BGA, QFP, DIP 같은 용어는 처음에는 복잡하고 생소하게 느껴질 수 있지만, 결국에는 익숙해집니다. 지난 50년 동안 다양한 제조업체에서 생산된 수많은 부품을 고려하면, 이토록 표준화된 제품들이 있다는 것이 놀랍습니다!

 

아두이노 및 기타 개발 보드에서 완전 맞춤형 마이크로컨트롤러 구현으로 넘어갈 준비가 되었다면, 이제 어떤 제품들이 있는지 어느 정도 감을 잡으셨을 겁니다. DIP 또는 SOIC 형태의 간단한 제품부터 시작해 보시는 것을 추천합니다. BGA와 QFN 부품은 경험이 좀 더 쌓일 때까지 미뤄두세요! 

 

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