工程師必備元件封裝知識

封裝，就是指把硅片上的電路管腳，用導(dǎo)線接引到外部接頭處，以便與其它器件連接。封裝形式是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼。它不僅起著安 裝、固定、密封、保護(hù)芯片及增強(qiáng)電熱性能等方面的作用，而且還通過芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導(dǎo)線與其他器 件相連接，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部芯片與外部電路的連接。因?yàn)樾酒仨毰c外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面，封裝后的芯片 也更便于安裝和運(yùn)輸。由于封裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB（印制電路板）的設(shè)計(jì)和制造，因此它是至關(guān)重要的。衡量一個(gè)芯 片封裝技術(shù)先進(jìn)與否的重要指標(biāo)是芯片面積與封裝面積之比，這個(gè)比值越接近1越好。
　　封裝時(shí)主要考慮的因素：
　　1、 芯片面積與封裝面積之比為提高封裝效率，盡量接近1：1；
　　2、 引腳要盡量短以減少延遲，引腳間的距離盡量遠(yuǎn)，以保證互不干擾，提高性能；
　　3、 基于散熱的要求，封裝越薄越好。 封裝主要分為DIP雙列直插和SMD貼片封裝兩種。從結(jié)構(gòu)方面，封裝經(jīng)歷了最早期的晶體管TO（如TO-89、TO92）封裝發(fā)展到了雙列直插封裝，隨后 由PHILIP公司開發(fā)出了SOP小外型封裝，以 后逐漸派生出SOJ（J型引腳小外形封裝）、TSOP（薄小外形封裝）、VSOP（甚小外形封裝）、 SSOP（縮小型SOP）、TSSOP（薄的縮小型SOP）及SOT（小外形晶體管）、SOIC（小外形集成電路）等。
　　從材料介質(zhì)方面，包括金屬、陶瓷、塑料、塑料，目前很多高強(qiáng)度工作條件需求的電路如軍工和宇航級別仍有大量的金屬封裝。
　　封裝大致經(jīng)過了如下發(fā)展進(jìn)程：
　　結(jié)構(gòu)方面：TO－》DIP－》PLCC－》QFP－》BGA －》CSP；材料方面：金屬、陶瓷－》陶瓷、塑料－》塑料；引腳形狀：長引線直插－》短引線或無引線貼裝－》球狀凸點(diǎn)；裝 配方式：通孔插裝－》表面組裝－》直接安裝具體的封裝形式
　　1、 SOP/SOIC封裝
　　SOP是英文 Small Outline Package的縮寫，即小外形封裝。SOP封裝技術(shù)由1968～1969年菲利浦公司開發(fā)成功，以后逐漸派生出SOJ（J型引腳小外形封裝）、 TSOP（薄小外形封裝）、VSOP（甚小外形封裝）、SSOP（縮小型SOP）、TSSOP（薄的縮小型SOP）及SOT（小外形晶體管）、 SOIC（小外形集成電路）等。
　　2、 DIP封裝
　　DIP是英文 Double In-linePackage的縮寫，即雙列直插式封裝。插裝型封裝之一，引腳從封裝兩側(cè)引出，封裝材料有塑料和陶瓷兩種。DIP是最普及的插裝型封裝，應(yīng)用范圍包括標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC，存貯器LSI，微機(jī)電路等。
　　3、 PLCC封裝
　　PLCC是英文Plastic Leaded Chip Carrier的縮寫，即塑封J引線芯片封裝。PLCC封裝方式，外形呈正方形，32腳封裝，四周都有管腳，外形尺寸比DIP封裝小得多。PLCC封裝適 合用SMT表面安裝技術(shù)在PCB上安裝布線，具有外形尺寸小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
　　4、 TQFP封裝
　　TQFP是英文 thin quad flat package的縮寫，即薄塑封四角扁平封裝。四邊扁平封裝（TQFP）工藝能有效利用空間，從而降低對印刷電路板空間大小的要求。由于縮小了高度和體 積，這種封裝工藝非常適合對空間要求較高的應(yīng)用，如PCMCIA 卡和網(wǎng)絡(luò)器件。幾乎所有ALTERA的CPLD/FPGA都有TQFP 封裝。
　　5、 PQFP封裝
　　PQFP是英文Plastic Quad Flat Package的縮寫，即塑封四角扁平封裝。PQFP封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細(xì)，一般大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般都在100以上。
　　6、 TSOP封裝
　　TSOP是英文Thin Small Outline Package的縮寫，即薄型小尺寸封裝。TSOP內(nèi)存封裝技術(shù)的一個(gè)典型特征就是在封裝芯片的周圍做出引腳，TSOP適合用SMT技術(shù)（表面安裝技術(shù)） 在PCB（印制電路板）上安裝布線。TSOP封裝外形尺寸時(shí)，寄生參數(shù)（電流大幅度變化時(shí)，引起輸出電壓擾動(dòng)）減小，適合高頻應(yīng)用，操作比較方便，可靠性 也比較高
　　7、 BGA封裝
　　BGA是英文Ball Grid Array Package的縮寫，即球柵陣列封裝。
　　20世紀(jì)90年代隨著技術(shù)的進(jìn)步，芯片集成度不斷提高，I/O引腳數(shù)急劇增加，功耗也隨之增大，對集成電路封裝的要求也更加嚴(yán)格。為了滿足發(fā)展的需要，BGA封裝開始被應(yīng)用于生產(chǎn)。
　　采用BGA技術(shù)封裝的內(nèi)存，可以使內(nèi)存在體積不變的情況下內(nèi)存容量提高兩到三倍，BGA與TSOP相比，具有更小的體積，更好的散熱性能和電性能。 BGA 封裝技術(shù)使每平方英寸的存儲量有了很大提升，采用BGA封裝技術(shù)的內(nèi)存產(chǎn)品在相同容量下，體積只有TSOP封裝的三分之一；另外，與傳統(tǒng)TSOP封裝方式 相比，BGA封裝方式有更加快速和有效的散熱途徑。
　　BGA封裝的I/O端子以圓形或柱狀焊點(diǎn)按陣列形式分布在封裝下面，BGA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是I/O引腳數(shù)雖然增加了，但引腳間距并沒有減小反而增加 了，從而提高了組裝成品率；雖然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善它的電熱性能；厚度和重量都較以前的封裝技術(shù)有所減少；寄生 參數(shù)減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高；組裝可用共面焊接，可靠性高。
　　說到BGA封裝就不能不提Kingmax公司的專利 TinyBGA技術(shù)，TinyBGA英文全稱為Tiny Ball GridArray（小型球柵陣列封裝），屬于是BGA封裝技術(shù)的一個(gè)分支。是Kingmax公司于1998年8月開發(fā)成功的，其芯片面積與封裝面積之比 不小于 1:1.14，可以使內(nèi)存在體積不變的情況下內(nèi)存容量提高2～3倍，與TSOP封裝產(chǎn)品相比，其具有更小的體積、更好的散熱性能和電性能。
　　采用TinyBGA封裝技術(shù)的內(nèi)存產(chǎn)品在相同容量情況下體積只有TSOP封裝的1/3。TSOP封裝內(nèi)存的引腳是由芯片四周引出的，而TinyBGA則 是由芯片中心方向引出。這種方式有效地縮短了信號的傳導(dǎo)距離，信號傳輸線的長度僅是傳統(tǒng)的TSOP技術(shù)的1/4，因此信號的衰減也隨之減少。這樣不僅大幅 提升了芯片的抗干擾、抗噪性能，而且提高了電性能。
　　采用TinyBGA封裝芯片可抗高達(dá)300MHz的外頻，而采用傳統(tǒng)TSOP封裝技術(shù)最高只可抗150MHz的外頻。
　　TinyBGA封裝的內(nèi)存其厚度也更?。ǚ庋b高度小于0.8mm），從金屬基板到散熱體的有效散熱路徑僅有0.36mm。因此，TinyBGA內(nèi)存擁有更高的熱傳導(dǎo)效率，非常適用于長時(shí)間運(yùn)行的系統(tǒng)，穩(wěn)定性極佳。
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