芯片封裝類(lèi)型評(píng)估的關(guān)鍵要求有哪些

　　大多數(shù)應(yīng)用將需要更通用的單元件封裝用于集成電路和其他元件，如電阻器，電容器，天線等。然而，隨著半導(dǎo)體行業(yè)開(kāi)發(fā)出更小，更強(qiáng)大的器件，“系統(tǒng)級(jí)封裝”（SiP）解決方案正成為首選，所有元件都放在一個(gè)單獨(dú)的封裝或模塊中。

　　雖然封裝類(lèi)型可以很容易地分為引線框架，基板或晶圓級(jí)封裝，但選擇適合您所有要求的封裝要復(fù)雜一些，需要評(píng)估和平衡應(yīng)用需求。要做出正確的選擇，您必須了解多個(gè)參數(shù)的影響，如熱需求、功率、連接性、環(huán)境條件、PCB組裝能力，當(dāng)然還有成本。

　　對(duì)于封裝類(lèi)型的評(píng)估，以下是一些關(guān)鍵要求：

　　應(yīng)用類(lèi)別

　　最終目標(biāo)應(yīng)用是決定了封裝該如何選擇。您的應(yīng)用是低成本的消費(fèi)設(shè)備還是高成本的工業(yè)ASIC？它會(huì)在炎熱的環(huán)境中運(yùn)行嗎？您是開(kāi)發(fā)片上系統(tǒng)，還是將ASIC作為系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵組件？這些問(wèn)題將幫助您決定封裝的類(lèi)型-您是否可以使用晶圓級(jí)或芯片尺寸封裝，或者標(biāo)準(zhǔn)的，更容易獲得的BGA或QFN型封裝。

　　高端級(jí)：要求通常與具有大量連接（高引腳輸出）的高速，高功率芯片有關(guān)。這些器件需要先進(jìn)的封裝要求，以滿足小焊盤(pán)間距，高速信號(hào)和去耦的需求，這可以通過(guò)FC-BGA（倒裝芯片BGA）或更新的封裝（如嵌入式晶圓級(jí)球柵陣列（eWLB）實(shí)現(xiàn)。）。

　　中端級(jí)：在中檔組通常需要封裝可以解決熱增強(qiáng)和使用成本效益高的塑料封裝技術(shù)-通常選擇BGA和QFN。該組的最高端是芯片級(jí)和晶圓級(jí)封裝，適用于系統(tǒng)封裝或多芯片模塊封裝。

　　入門(mén)級(jí)：包括高容量應(yīng)用，其中成本是主要的驅(qū)動(dòng)器，而不是性能。例如，用于筆記本和移動(dòng)應(yīng)用的設(shè)備通常需要小尺寸的晶片級(jí)和芯片尺寸封裝。

　　引腳數(shù)和I/O

　　在確定封裝要求時(shí)，任何設(shè)備的輸入和輸出連接的數(shù)量和位置是要考慮的關(guān)鍵因素。

　　引腳數(shù)高：如果您正在尋找一個(gè)非常高的引腳數(shù)，比如1000引腳封裝，那么您最好的選擇可能是標(biāo)準(zhǔn)的BGA封裝，它提供了這樣的I/O能力，因?yàn)檎麄€(gè)封裝尺寸可以達(dá)到50-60平方毫米。

　　引腳數(shù)低：對(duì)于低引腳數(shù)，比如50個(gè)引腳，您可能選擇QFN或WLCSP封裝。但是，WLCSP對(duì)封裝內(nèi)的散熱有限制。在存在發(fā)熱（例如，快速切換）或需要良好信號(hào)接地的情況下，由于“內(nèi)置”金屬基墊，QFN是更好的封裝選擇。

　　布局：另一個(gè)參數(shù)是I/O的位置。如果I/O位于芯片周?chē)耐鈬?，那么只要芯片和封裝焊盤(pán)中有足夠的表面積，就可以快速，簡(jiǎn)單和可靠地進(jìn)行引線鍵合。如果I/O在不同區(qū)域的芯片表面上散布，那么從芯片中心引出的引線難以接通，那么倒裝芯片封裝可以直接連接到封裝的基板上，這通常是多層PCB，不會(huì)出現(xiàn)芯片重疊的問(wèn)題。

　　熱管理

　　熱管理是優(yōu)化芯片性能的關(guān)鍵封裝因素。例如，BGA封裝通?？梢蕴峁└偷某杀?改進(jìn)的熱管理解決方案，因?yàn)樗拇笮。驗(yàn)樗懈蟮拿娣e可用來(lái)散熱。就熱管理解決方案而言，較小的房地產(chǎn)芯片可能更貴，需要一個(gè)外部散熱器或其他冷卻選項(xiàng)。

　　BGA封裝有兩個(gè)熱墊選項(xiàng)，如導(dǎo)電vias或內(nèi)置金屬基板，可以實(shí)現(xiàn)足夠的熱管理。熱增強(qiáng)BGA封裝的一些選項(xiàng)可以在其上內(nèi)置金屬帽，從而在IC器件和金屬帽之間建立導(dǎo)熱路徑，從而提供良好的散熱。

　　QFN封裝的設(shè)計(jì)是這樣的，他們有一個(gè)堅(jiān)實(shí)的金屬模具墊作為封裝的基礎(chǔ)，模具是粘結(jié)在一起的。這使得很好的散熱從硅模具通過(guò)PCB。

　　熱管理是優(yōu)化芯片性能的關(guān)鍵封裝因素。例如，BGA封裝由于其尺寸，通?？梢栽诜庋b內(nèi)提供更低成本/改進(jìn)的熱管理解決方案，因?yàn)樗哂懈蟮目捎糜谏岬拿娣e。

　　BGA封裝可選配兩個(gè)導(dǎo)熱墊，例如導(dǎo)電通孔或內(nèi)置金屬底板，可實(shí)現(xiàn)充分的熱量管理。熱增強(qiáng)型BGA封裝的一些選擇可以在其上構(gòu)建金屬蓋，其在IC器件和金屬蓋之間建立熱傳導(dǎo)路徑，這提供了良好的散熱。

　　QFN封裝的設(shè)計(jì)使得它們具有固體金屬芯片焊盤(pán)作為封裝的基部，芯片與之結(jié)合。這樣可以實(shí)現(xiàn)從硅芯片到PCB的非常好的散熱。

　　貼片材料使用導(dǎo)熱粘合劑（如Sliver填充的環(huán)氧樹(shù)脂，而不是普通環(huán)氧樹(shù)脂）將芯片粘合到基板上，有助于消除熱量。此外，還有更新的技術(shù)，如銀燒結(jié)技術(shù)-一種具有高工作溫度，高導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性的互連方法。這些材料通常適用于QFN封裝，但由于封裝結(jié)構(gòu)的原因，在BGA封裝中效果不佳。

　　芯片尺寸和晶圓級(jí)封裝這些封裝中的熱管理主要在芯片背面或芯片尺寸封裝中在芯片的裸露頂側(cè)完成。

　　高速信號(hào)/RF

　　RF，無(wú)線和高速數(shù)字設(shè)計(jì)具有影響封裝選擇的特定要求。封裝內(nèi)互連的參數(shù)效應(yīng)可顯著降低信號(hào)速度和頻率。

　　引線鍵合與倒裝芯片在RF器件中，關(guān)鍵設(shè)計(jì)考慮因素涉及電感，電容和電阻，這些因素受進(jìn)出器件信號(hào)速度的影響。這些問(wèn)題也影響封裝選擇，主要是在倒裝芯片和引線鍵合互連之間。倒裝芯片將提供更好的RF性能，并能夠以更低的電感達(dá)到更高的頻率。另一方面，引線鍵合可以在每個(gè)RF輸入或較高頻率的輸出處添加隨機(jī)可變電感。

　　封裝布局。在RF頻率，信號(hào)沿表面而不是導(dǎo)體傳播。因此，組裝封裝的方式對(duì)設(shè)備具有重要影響。例如，高速放大器芯片，RF晶體管和二極管通常不能放入“標(biāo)準(zhǔn)”塑料封裝中，因?yàn)榉庋b材料影響芯片工作的速度。因此，這種芯片應(yīng)該進(jìn)入腔QFN或BGA封裝。

　　高頻信號(hào)（1GHz及以上）可能要求互連的布局具有隔離的信號(hào)路徑，稱(chēng)為“接地信號(hào)接地”互連。這里對(duì)每個(gè)信號(hào)I/O的兩個(gè)接地連接的要求將影響封裝尺寸和布局。

　　此外，對(duì)于高速ASIC，信號(hào)電平和時(shí)序?qū)⑹艿剿鼈冃羞M(jìn)的導(dǎo)體長(zhǎng)度的影響。例如，如果您使用的是BGA封裝，并且導(dǎo)致一個(gè)點(diǎn)的導(dǎo)線較長(zhǎng)而導(dǎo)致下一個(gè)導(dǎo)線的導(dǎo)線較短，則信號(hào)的時(shí)序差異會(huì)很大。必須通過(guò)更多地考慮封裝基板的初始設(shè)計(jì)以適應(yīng)高速RF器件來(lái)克服這一點(diǎn)。

　　BGA襯底介電材料也是RF芯片的關(guān)鍵因素。例如，高性能液體聚合物基板（如Rogers層壓板）比標(biāo)準(zhǔn)FR4PCB材料更適合用作RF設(shè)計(jì)用BGA封裝的基板。