九种常见的芯片封装技术

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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:
SOP/SOIC 封装
SOP 是英文 Small Outline Package 的缩写,即小外形封装。
九种常见的芯片封装技术SOP 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 SOPTSSOP,薄的缩小型 SOPSOT,小外形晶体管SOIC,小外形集成电路

DIP 封装
DIP 是英文“Double In-line Package”的缩写,即双列直插式封装。
九种常见的芯片封装技术DIP 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。
PLCC 封装
PLCC 是英文“Plastic Leaded Chip Carrier”的缩写,即塑封 J 引线芯片封装。
九种常见的芯片封装技术PLCC 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。
04TQFP 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。
九种常见的芯片封装技术TQFP 封装
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。
PQFP 封装
PQFP 是英文“Plastic Quad Flat Package”的缩写,即塑封四角扁平封装。
九种常见的芯片封装技术PQFP 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。
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。
九种常见的芯片封装技术TSOP 封装
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。
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。
九种常见的芯片封装技术BGA 封装
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。
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。
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。
九种常见的芯片封装技术QFP 封装
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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