什么是芯片封裝？有哪些作用？

封裝最初定義是保護(hù)電路芯片免受周圍環(huán)境的影響，包括來自物理、化學(xué)方面的影響。而現(xiàn)在，伴隨著芯片的速度越來越快，功率越來越大，使得芯片散熱問題日趨嚴(yán)重，由于芯片鈍化層質(zhì)量的提高，封裝用以保護(hù)電路功能的作用的重要性正在下降。

如今的芯片封裝，是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)電熱性能的作用，是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁（芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印制板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接）。

從芯片封裝的概念我們不難看出，芯片封裝的作用主要有四個(gè)方面：固定引腳系統(tǒng)、物理性保護(hù)、環(huán)境性保護(hù)和增強(qiáng)散熱。

什么是固定引腳系統(tǒng)？芯片有外部引腳和內(nèi)部引腳之分，內(nèi)部引腳很細(xì)，小于1．5微米，多數(shù)情況下為1微米，內(nèi)部引腳與外部引腳之間用銅焊接在一起，外部引腳接地，與電路板連接起到數(shù)據(jù)交換的作用。

外部引腳系統(tǒng)通常使用兩種不同的合金：鐵鎳合金及銅合金，前者用于高強(qiáng)度以及高穩(wěn)定性的場(chǎng)合，而后者具有導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性較好的優(yōu)勢(shì)，具體選用哪種引腳，根據(jù)實(shí)際情況來定。

物理性保護(hù)，是指芯片通過封裝以后可以免受微粒等物質(zhì)的污染和外界對(duì)它的損害，對(duì)于芯片封裝等級(jí)的要求也不盡相同，消費(fèi)類產(chǎn)品要求最低。

環(huán)境性保護(hù)，可以讓芯片免受濕氣等其他可能干擾芯片正常功能的氣體對(duì)它的正常工作產(chǎn)生的影響。

增強(qiáng)散熱，是考慮到所有半導(dǎo)體產(chǎn)品在工作的時(shí)候都會(huì)產(chǎn)生熱量，而當(dāng)熱量達(dá)到一定限度的時(shí)候便會(huì)影響芯片的正常工作。事實(shí)上，封裝體的各種材料本身就可以帶走一部分熱量，當(dāng)然，對(duì)于大多數(shù)發(fā)熱量大的芯片，除了通過封裝材料進(jìn)行降溫外，還需要考慮在芯片上額外安裝一個(gè)金屬散熱片或風(fēng)扇以達(dá)到更好的散熱效果。

圖1 底部增強(qiáng)型SOP封裝倒置

封裝的分類

按照包裝材料，封裝可以分為：金屬封裝、陶瓷封裝和塑料封裝，其中，金屬封裝主要用于軍工或航天技術(shù)，無商業(yè)化產(chǎn)品；陶瓷封裝與金屬封裝的作用相類似，也主要用于軍事產(chǎn)品，有少部分商業(yè)化的產(chǎn)品；塑料封裝用于消費(fèi)電子，因?yàn)槠涑杀镜停に嚭?jiǎn)單，可靠性高而占有絕大部分的市場(chǎng)份額。從氣密性角度分類，可將封裝分為氣密性封裝和非氣密性封裝，其中，金屬封裝和陶瓷封裝屬于氣密性封裝，塑料屬于非氣密性封裝。

圖2 封裝分類

按照與PCB板的連接方式，封裝可分為PTH和SMT，PTH是英文pin－through－h(huán)ole的縮寫，中文翻譯為插孔式或通孔式，這種在市面上越來越少見；SMT是英文surface－mount－technology的縮寫，翻譯過來就是常說的表面貼裝式，目前市場(chǎng)上大部分IC均采用SMT。

圖3 PTH

圖4 SMT

按照封裝外形可分類為：SOT、QFN、SOIC、TSSOP、QFP、BGA、CSP，這個(gè)是按照封裝形式和工藝越來越高級(jí)和復(fù)雜來排序，其中CSP由于采用了Flip Chip技術(shù)和裸片封裝，達(dá)到了芯片面積／封裝面積＝1：1，為目前最高級(jí)的技術(shù)。

本人認(rèn)為，決定封裝形式的兩個(gè)關(guān)鍵因素是封裝效率和引腳數(shù)。為什么這樣講？首先封裝效率是指芯片面積與封裝面積之比為提高封裝效率，原則是二者盡量接近1：1，封裝效果最好；其次，引腳數(shù)越多，越高級(jí)，封裝時(shí)工藝難度也相應(yīng)增加，原則上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；當(dāng)然，基于散熱的要求，封裝越薄越好。