元件 封装起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用。同时,通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上,这些引脚又通过印刷电路 板上的导线与其他器件相连接,从而实现内部芯片与外部电路的连接。
因此,芯片必须与外界隔离,以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。而且封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装的好坏,直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的 PCB 设计和制造,所以封装技术至关重要。
衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是:芯片面积与封装面积之比,这个比值越接近 1越好。
封装时主要考虑的因素:
芯片面积与封装面积之比,为提高封装效率,尽量接近 1:1。
引脚要尽量短以减少延迟,引脚间的距离尽量远,以保证互不干扰,提高性能。
基于散热的要求,封装越薄越好。
封装大致经过了如下发展进程:
结构方面。
TO→ DIP → PLCC → QFP → BGA → CSP 。
材料方面。金属、陶瓷 →陶瓷、塑料→塑料。
引脚形状。长引线直插 →短引线或无引线贴装→球状凸点。
装配方式。通孔插装 →表面组装→直接安装。
以下为具体的封装形式介绍:
一、 SOP/SOIC封装 SOP 是英文 Small Outline Package 的缩写,即小外形封装。·
SOP封装技术由 1968 ~ 1969 年菲利浦公司开发成功,以后逐渐派生出:
SOJ, J 型引脚小外形封装
TSOP,薄小外形封装
VSOP,甚小外形封装
SSOP,缩小型 SOP
TSSOP,薄的缩小型 SOP
SOT,小外形晶体管
SOIC,小外形集成电路
二、 DIP封装 DIP 是英文“ Double In-line Package ”的缩写,即双列直插式封装。
插装型封装之一,引脚从封装两侧引出,封装材料有塑料和陶瓷两种。 DIP是最普及的插装型封装,应用范围包括标准逻辑 IC ,存贮器 LSI ,微机电路等。
三、 PLCC封装 PLCC 是英文“ Plasti c Leaded Chip Carrier ”的缩写,即塑封 J 引线芯片封装。
PLCC封装方式,外形呈正方形, 32 脚封装,四周都有管脚,外形尺寸比 DIP 封装小得多。 PLCC 封装适合用 SMT 表面安装技术在 PCB 上安装布线,具有外形尺寸小、可靠性高的优点。
四、 TQFP封装 TQFP 是英文“ Thin Quad Flat Package ”的缩写,即薄塑封四角扁平封装。四边扁平封装工艺能有效利用空间,从而降低对印刷电路板空间大小的要求。
由于缩小了高度和体积,这种封装工艺非常适合对空间要求较高的应用,如 PCMCIA卡和网络器件。几乎所有 ALTERA 的 CPLD/FPGA 都有 TQFP 封装。
五、 PQFP封装 PQFP 是英文“ Plastic Quad Flat Package ”的缩写,即塑封四角扁平封装。
PQFP封装的芯片引脚之间距离很小,管脚很细。一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式,其引脚数一般都在 100 以上。
六、 TSOP封装 TSOP 是英文“ Thin Small Outline Package ”的缩写,即薄型小尺寸封装。 TSOP 内存封装技术的一个典型特征就是在封装芯片的周围做出引脚。 TSOP 适合用 SMT( 表面安装 ) 技术在 PCB 上安装布线。
TSOP封装外形,寄生参数 ( 电流大幅度变化时,引起输出电压扰动 ) 减小,适合高频应用,操作比较方便,可靠性也比较高。
七、 BGA封装 BGA 是英文“ Ball Grid Array Package ”的缩写,即球栅阵列封装。 20 世纪 90 年代,随着技术的进步,芯片集成度不断提高, I/O 引脚数急剧增加,功耗也随之增大,对集成电路封装的要求也更加严格。为了满足发展的需要, BGA 封装开始被应用于生产。
采用 BGA技术封装的内存,可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍, BGA 与 TSOP 相比,具有更小的体积,更好的散热性和电性能。 BGA 封装技术使每平方英寸的存储量有了很大提升,采用 BGA 封装技术的内存产品在相同容量下,体积只有 TSOP 封装的三分之一。另外,与传统 TSOP 封装方式相比, BGA 封装方式有更加快速和有效的散热途径。
BGA封装的 I/O 端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面, BGA 技术的优点是 I/O 引脚数虽然增加了,但引脚间距并没有减小反而增加了,从而提高了组装成品率。虽然它的功耗增加,但 BGA 能用可控塌陷芯片法焊接,从而可以改善它的电热性能。厚度和重量都较以前的封装技术有所减少 ; 寄生参数减小,信号传输延迟小,使用频率大大提高 ; 组装可用共面焊接,可靠性高。
八、 TinyBGA封装说到 BGA 封装,就不能不提 Kingmax 公司的专利 TinyBGA 技术。 TinyBGA 英文全称为“ Tiny Ball Grid ”,属于是 BGA 封装技术的一个分支,是 Kingmax 公司于 1998 年 8 月开发成功的。其芯片面积与封装面积之比不小于 1:1.14 ,可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高 2 ~ 3 倍。与 TSOP 封装产品相比,其具有更小的体积、更好的散热性能和电性能。
采用 TinyBGA封装技术的内存产品,在相同容量情况下体积,只有 TSOP 封装的 1/3 。 TSOP 封装内存的引脚是由芯片四周引出的,而 TinyBGA 则是由芯片中心方向引出。这种方式有效地缩短了信号的传导距离,信号传输线的长度仅是传统的 TSOP 技术的 1/4 ,因此信号的衰减也随之减少。这样不仅大幅提升了芯片的抗干扰、抗噪性能,而且提高了电性能。采用 TinyBGA 封装芯片可抗高达 300MHz 的外频,而采用传统 TSOP 封装技术最高只可抗 150MHz 的外频。
TinyBGA封装的内存其厚度也更薄 ( 封装高度小于 0.8mm) ,从金属基板到散热体的有效散热路径仅有 0.36mm 。因此, TinyBGA 内存拥有更高的热传导效率,非常适用于长时间运行的系统,稳定性极佳。
九、 QFP封装 QFP 是“ Quad Flat Package ”的缩写,即小型方块平面封装。 QFP 封装在早期的显卡上使用的比较频繁,但少有速度在 4ns 以上的 QFP 封装显存,因为工艺和性能的问题,目前已经逐渐被 TSOP-II 和 BGA 所取代。 QFP 封装在颗粒四周都带有针脚,识别起来相当明显。四侧引脚扁平封装。表面贴装型封装之一,引脚从四个侧面引出呈海鸥翼 (L) 型。
基材有陶瓷、金属和塑料三种。从数量上看,塑料封装占绝大部分。当没有特别表示出材料时,多数情况为塑料 QFP。塑料 QFP 是最普及的多引脚 LSI 封装,不仅用于微处理器,门陈列等数字逻辑 LSI 电路,而且也用于 VTR 信号处理、音响信号处理等模拟 LSI 电路。
引脚中心距有 1.0mm、 0.8mm 、 0.65mm 、 0.5mm 、 0.4mm 、 0.3mm 等多种规格, 0.65mm 中心距规格中最多引脚数为 304 。
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