什么是元件封裝

什么是元件封裝

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(guò)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(guò)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(duì)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(kāi)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(jí)別仍有大量的金屬封裝。
　　封裝大致經(jīng)過(guò)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(zhǎng)引線直插－>短引線或無(wú)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(xiě)，即小外形封裝。SOP封裝技術(shù)由1968～1969年菲利浦公司開(kāi)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-line
　　Package的縮寫(xiě)，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(xiě)，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(xiě)，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(duì)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(duì)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(xiě)，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(xiě)，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(xiě)，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(duì)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(kāi)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(chǔ)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(méi)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(hào)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(shuō)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 Grid
　　Array（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(kāi)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(hào)的傳導(dǎo)距離，信號(hào)傳輸線的長(zhǎng)度僅是傳統(tǒng)的TSOP技術(shù)的1/4，因此信號(hào)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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的系統(tǒng)，穩(wěn)定性極佳。
　　QFP是Quad Flat Package的縮寫(xiě)，是“小型方塊平面封裝”的意思。QFP封裝在早期的顯卡上使用的比較頻繁，但少有速度在4ns以上的QFP封裝顯存，因?yàn)楣に嚭托阅艿膯?wèn)題，目前已經(jīng)逐漸被TSOP-II和BGA所取代。QFP封裝在顆粒四周都帶有針腳，識(shí)別起來(lái)相當(dāng)明顯。
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　　QFP(quad flat package)
　　四側(cè)引腳扁平封裝。表面貼裝型封裝之一，引腳從四個(gè)側(cè)面引出呈海鷗翼(L)型?；挠?陶 瓷、金屬和塑料三種。從數(shù)量上看，塑料封裝占絕大部分。當(dāng)沒(méi)有特別表示出材料時(shí)， 多數(shù)情 況為塑料QFP。塑料QFP 是最普及的多引腳LSI 封裝。不僅用于微處理器，門陳列等數(shù)字 邏輯LSI 電路，而且也用于VTR 信號(hào)處理、音響信號(hào)處理等模擬LSI 電路。引腳中心距 有1.0mm、0.8mm、 0.65mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm 等多種規(guī)格。0.65mm 中心距規(guī)格中最多引腳數(shù)為304。
　　japon將引腳中心距小于0.65mm 的QFP 稱為QFP(FP)。但現(xiàn)在japon電子機(jī)械工業(yè)會(huì)對(duì)QFP 的外形規(guī)格進(jìn)行了重新評(píng)價(jià)。在引腳中心距上不加區(qū)別，而是根據(jù)封裝本體厚度分為 QFP(2.0mm～3.6mm 厚)、LQFP(1.4mm 厚)和TQFP(1.0mm 厚)三種。
　　另外，有的LSI 廠家把引腳中心距為0.5mm 的QFP 專門稱為收縮型QFP 或SQFP、VQFP。 但有的廠家把引腳中心距為0.65mm 及0.4mm 的QFP 也稱為SQFP，至使名稱稍有一些混亂 。 QFP 的缺點(diǎn)是，當(dāng)引腳中心距小于0.65mm 時(shí)，引腳容易彎曲。為了防止引腳變形，現(xiàn)已 出現(xiàn)了幾種改進(jìn)的QFP 品種。如封裝的四個(gè)角帶有樹(shù)指緩沖墊的BQFP(見(jiàn)BQFP)；帶樹(shù)脂 保護(hù) 環(huán)覆蓋引腳前端的GQFP(見(jiàn)GQFP)；在封裝本體里設(shè)置測(cè)試凸點(diǎn)、放在防止引腳變形的專 用夾 具里就可進(jìn)行測(cè)試的TPQFP(見(jiàn)TPQFP)。 在邏輯LSI 方面，不少開(kāi)發(fā)品和高可靠品都封裝在多層陶瓷QFP 里。引腳中心距最小為 0.4mm、引腳數(shù)最多為348 的產(chǎn)品也已問(wèn)世。此外，也有用玻璃密封的陶瓷QFP(見(jiàn)Gerqa d)。