九種常見的芯片封裝技術(shù)

熱設(shè)計 2023-02-17

信息來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察

元件封裝起著安裝、固定、密封、保護芯片及增強電熱性能等方面的作用。同時，通過芯片上的接點用導(dǎo)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(dǎo)線與其他器件相連接，從而實現(xiàn)內(nèi)部芯片與外部電路的連接。

因此，芯片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。而且封裝后的芯片也更便于安裝和運輸。由于封裝的好壞，直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB設(shè)計和制造，所以封裝技術(shù)至關(guān)重要。

衡量一個芯片封裝技術(shù)先進與否的重要指標(biāo)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：

芯片面積與封裝面積之比，為提高封裝效率，盡量接近1:1。
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。
基于散熱的要求，封裝越薄越好。

封裝大致經(jīng)過了如下發(fā)展進程：

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。

以下為具體的封裝形式介紹：

SOP/SOIC封裝

SOP是英文Small Outline Package的縮寫，即小外形封裝。

SOP封裝

SOP封裝技術(shù)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
SOT，小外形晶體管
SOIC，小外形集成電路

DIP封裝

DIP是英文“Double In-line Package”的縮寫，即雙列直插式封裝。

DIP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，微機電路等。

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

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。

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。

TQFP封裝

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(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。

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

PQFP封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細(xì)。一般大規(guī)模或超大規(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。

TSOP封裝

TSOP是英文“Thin Small Outline Package”的縮寫，即薄型小尺寸封裝。TSOP內(nèi)存封裝技術(shù)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(表面安裝)技術(shù)在PCB上安裝布線。

TSOP封裝

TSOP封裝外形，寄生參數(shù)(電流大幅度變化時，引起輸出電壓擾動)減小，適合高頻應(yīng)用，操作比較方便，可靠性也比較高。

BGA封裝

BGA是英文“Ball Grid Array Package”的縮寫，即球柵陣列封裝。20世紀(jì)90年代，隨著技術(shù)的進步，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封裝開始被應(yīng)用于生產(chǎn)。

BGA封裝

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，更好的散熱性和電性能。BGA封裝技術(shù)使每平方英寸的存儲量有了很大提升，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按陣列形式分布在封裝下面，BGA技術(shù)的優(yōu)點是I/O引腳數(shù)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(shù)有所減少;寄生參數(shù)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。

TinyBGA封裝

說到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”，屬于是BGA封裝技術(shù)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(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的傳導(dǎo)距離，信號傳輸線的長度僅是傳統(tǒng)的TSOP技術(shù)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(shù)最高只可抗150MHz的外頻。

TinyBGA封裝的內(nèi)存其厚度也更薄(封裝高度小于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，非常適用于長時間運行的系統(tǒng)，穩(wěn)定性極佳。

QFP封裝

QFP是“Quad Flat Package”的縮寫，即小型方塊平面封裝。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，因為工藝和性能的問題，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，識別起來相當(dāng)明顯。四側(cè)引腳扁平封裝。表面貼裝型封裝之一，引腳從四個側(cè)面引出呈海鷗翼(L)型。