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體集成電路芯片用的外殼。它不僅起著安 裝、固定、密封、保護芯片及增強電熱性能等方面的作用，而且還通過芯片上的接點用導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線與其他器 件相連接，從而實現內部芯片與外部電路的連接。因為芯片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質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 也更便于安裝和運輸。由于封裝技術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）的設計和制造，因此它是至關重要的。衡量一個芯 片封裝技術先進與否的重要指標是芯片面積與封裝面積之比，這個比值越接近1越好。
　　封裝時主要考慮的因素：
　　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，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。從結構方面，封裝經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。
　　從材料介質方面，包括金屬、陶瓷、塑料、塑料，目前很多高強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。
　　封裝大致經過了如下發(fā)展進程：
　　結構方面：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；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，應用范圍包括標準邏輯IC，存貯器LSI，微機電路等。
　　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表面安裝技術在PCB上安裝布線，具有外形尺寸小、可靠性高的優(yōu)點。
　　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用，如PCMCIA 卡和網絡器件。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，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內存封裝技術的一個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（表面安裝技術） 在PCB（印制電路板）上安裝布線。TSOP封裝外形尺寸時，寄生參數（電流大幅度變化時，引起輸出電壓擾動）減小，適合高頻應用，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90年代隨著技術的進步，芯片集成度不斷提高，I/O引腳數急劇增加，功耗也隨之增大，對集成電路封裝的要求也更加嚴格。為了滿足發(fā)展的需要，BGA封裝開始被應用于生產。
　　采用BGA技術封裝的內存，可以使內存在體積不變的情況下內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 封裝技術使每平方英寸的存儲量有了很大提升，采用BGA封裝技術的內存產品在相同容量下，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按陣列形式分布在封裝下面，BGA技術的優(yōu)點是I/O引腳數雖然增加了，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有所減少；寄生 參數減小，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，TinyBGA英文全稱為Tiny Ball GridArray（小型球柵陣列封裝），屬于是BGA封裝技術的一個分支。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，可以使內存在體積不變的情況下內存容量提高2～3倍，與TSOP封裝產品相比，其具有更小的體積、更好的散熱性能和電性能。
　　采用TinyBGA封裝技術的內存產品在相同容量情況下體積只有TSOP封裝的1/3。TSOP封裝內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距離，信號傳輸線的長度僅是傳統(tǒng)的TSOP技術的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300MHz的外頻，而采用傳統(tǒng)TSOP封裝技術最高只可抗150MHz的外頻。
　　TinyBGA封裝的內存其厚度也更?。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內存擁有更高的熱傳導效率，非常適用于長時間運行的系統(tǒng)，穩(wěn)定性極佳。
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