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元件封装

已有 574 次阅读2013-1-7 16:37


封装,就是指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接.封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用,而且还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。因为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。另一方面,封装后的芯片也更便于安装和运输。

  元件封装(Footprint)或称为元件外形名称,其功能是提供电路板设计用,换言之,元件封装就是电路板的元件。 

  由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造,因此它是至关重要的。 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:

  1 芯片面积与封装面积之比为提高封装效率,尽量接近11

  2 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;

  3 基于散热的要求,封装越薄越好。

  封装主要分为DIP双列直插和SMD贴片封装两种。从结构方面,封装经历了最早期的晶体管TO(如TO-89TO92)封装发展到了双列直插封装,随后由PHILIP公司开发出了SOP小外型封装,以 后逐渐派生出SOJJ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)及SOT(小外形晶体管)、SOIC(小外形集成电路)等。从材料介质方面,包括金属、陶瓷、塑料、塑料,目前很多高强度工作条件需求的电路如军工和宇航级别仍有大量的金属封装。

  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

  具体的封装形式

  1 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19681969年菲利浦公司开发成功,以后逐渐派生出SOJJ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)及SOT(小外形晶体管)、SOIC(小外形集成电路)等。

  2 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。

  3 PLCC封装

  PLCC是英文Plastic 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。

  4 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(TQFP)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ALTERACPLD/FPGA都有 TQFP 封装。

  5 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。

  6 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技术(表面安装技术)在PCB(印制电路板)上安装布线。TSOP封装外形尺寸时,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。

  7 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,BGATSOP相比,具有更小的体积,更好的散热性能和电性能。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。

  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

  Array(小型球栅阵列封装),属于是BGA封装技术的一个分支。是Kingmax公司于19988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23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1/3TSOP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。

  QFPQuad Flat Package的缩写,是“小型方块平面封装”的意思。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-IIBGA所取代。QFP封装在颗粒四周都带有针脚,识别起来相当明显。

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  QFP(quad flat package)

  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 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 1.0mm0.8mm 0.65mm0.5mm0.4mm0.3mm 等多种规格。0.65mm 中心距规格中最多引脚数为304

  japon将引脚中心距小于0.65mm QFP 称为QFP(FP)。但现在japon电子机械工业会对QFP 的外形规格进行了重新评价。在引脚中心距上不加区别,而是根据封装本体厚度分为 QFP(2.0mm3.6mm )LQFP(1.4mm )TQFP(1.0mm )三种。

  另外,有的LSI 厂家把引脚中心距为0.5mm QFP 专门称为收缩型QFP SQFPVQFP 但有的厂家把引脚中心距为0.65mm 0.4mm QFP 也称为SQFP,至使名称稍有一些混乱 QFP 的缺点是,当引脚中心距小于0.65mm 时,引脚容易弯曲。为了防止引脚变形,现已 出现了几种改进的QFP 品种。如封装的四个角带有树指缓冲垫的BQFP(BQFP);带树脂 保护 环覆盖引脚前端的GQFP(GQFP);在封装本体里设置测试凸点、放在防止引脚变形的专 用夹 具里就可进行测试的TPQFP(TPQFP) 在逻辑LSI 方面,不少开发品和高可靠品都封装在多层陶瓷QFP 里。引脚中心距最小为 0.4mm、引脚数最多为348 的产品也已问世。此外,也有用玻璃密封的陶瓷QFP(Gerqa d)


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