实力干货 | 给你介绍最全的芯片封装

[导读] 芯片封装,简单点来讲就是把Foundry生产出来的集成电路裸片(Die)放到一块起承载作用的基板上,再把管脚引出来,然后固定包装成为一个整体。它可以起到保护芯片的作用,相当于是芯片的外壳,不仅能固定、密封,还能增强电热性能。因此,封装对CPU和其他LSI集成电路而言,非常重要。

全球最大芯片封装企业是中国台湾的日月光。

第二名是美资安靠,差点被中国企业并购。

第三名是咱们中国大陆的长电科技。

在长电科技收购星科金朋(不包括其位于台湾地区的子公司)、通富微电收购AMD子公司后,中国大陆封测业整体规模已经和台湾地区(日月光矽品已合组产业控股公司)、美国形成三强格局。

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芯片封装,简单点来讲就是把Foundry生产出来的集成电路裸片(Die)放到一块起承载作用的基板上,再把管脚引出来,然后固定包装成为一个整体。它可以起到保护芯片的作用,相当于是芯片的外壳,不仅能固定、密封,还能增强电热性能。因此,封装对CPU和其他LSI集成电路而言,非常重要。

封装的类型,大致可以分为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-89、TO92)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)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,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。

以下为小编整理的主流封装类型:

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常见的10大芯片封装类型

1、DIP双列直插式封装

DIP是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片,绝大多数中小规模集成电路(IC)均采用这种封装形式,其引脚数一般不超过100个。采用DIP封装的IC有两排引脚,需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然,也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心,以免损坏引脚。

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DIP封装图

DIP封装具有以下特点:

1、适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接,操作方便。

2、芯片面积与封装面积之间的比值较大,故体积也较大。

DIP是最普及的插装型封装,应用范围包括标准逻辑IC,存储器和微机电路等。

2、QFP/ PFP类型封装

QFP/PFP封装的芯片引脚之间距离很小,管脚很细,一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式。用这种形式封装的芯片必须采用SMD(表面安装设备技术)将芯片与主板焊接起来。

采用SMD安装的芯片不必在主板上打孔,一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点,即可实现与主板的焊接。

QFP封装图

QFP封装图

QFP/PFP封装具有以下特点:

1、适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上安装布线。

2、成本低廉,适用于中低功耗,适合高频使用。

3、操作方便,可靠性高。

4、芯片面积与封装面积之间的比值较小。

5、成熟的封转类型,可采用传统的加工方法。

目前QFP/PFP封装应用非常广泛,很多MCU 厂家的A芯片都采用了该封装。

3、BGA类型封装

随着集成电路技术的发展,对集成电路的封装要求更加严格。这是因为封装技术关系到产品的功能性,当IC的频率超过100MHZ时,传统封装方式可能会产生所谓的“CrossTalk”现象,而且当IC的管脚数大于208 Pin时,传统的封装方式有其困难度。

因此,除使用QFP封装方式外,现今大多数的高脚数芯片皆转为使用BGA(BALL Grid Array PACKAGE)封装技术。

BGA封装图

BGA封装图

BGA封装具有以下特点:

1、I/O引脚数虽然增多,但引脚之间的距离远大于QFP封装方式,提高了成品率。

2、BGA的阵列焊球与基板的接触面大、短,有利于散热。

3、BGA阵列焊球的引脚很短,缩短了信号的传输路径,减小了引线电感、电阻;信号传输延迟小,适应频率大大提高,因而可改善电路的性能。

4、组装可用共面焊接,可靠性大大提高。

5、BGA适用于MCM封装,能够实现MCM的高密度、高性能。

4、SOP封装

SOP(小外形封装)表面贴装型封装之一,引脚从封装两侧引出呈海鸥翼状(L 字形),材料有塑料和陶瓷两种。后来,由SOP衍生出了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)及SOT(小外形晶体管)、SOIC(小外形集成电路)等。

SOP封装图

SOP封装图

该类型的封装的典型特点就是在封装芯片的周围做出很多引脚,封装操作方便,可靠性比较高,是目前的主流封装方式之一,属于真正的系统级封装。目前比较常见的是应用于一些存储器类型的IC。

由SOP派生出来的几种芯片封装:

SOP/SOIC/TSSOP/SSOP封装图比较

SOP/SOIC/TSSOP/SSOP封装图比较

SOIC

SOIC(Small Outline Integrated Circuit Package),中文名称叫小外形集成电路封装,是由SOP派生出来的,两种封装的具体尺寸,包括芯片的长、宽、引脚宽度、引脚间距等基本一样,所以在PCB设计的时候封装SOP和SOIC可以混用。

SOIC是表面贴装集成电路封装形式中的一种,它比同等的DIP封装减少约30-50%的空间,厚度方面减少约70%。与对应的DIP封装有相同的插脚引线。对这类封装的命名约定是在SOIC或SO后面加引脚数。例如,14pin的4011的封装会被命名为SOIC-14或SO-14。

TSOP

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。

5、QFN封装

QFN是一种无引线四方扁平封装,是具有外设终端垫以及一个用于机械和热量完整性暴露的芯片垫的无铅封装。

QFN封装图

QFN封装图

该封装可为正方形或长方形。封装四侧配置有电极触点,由于无引脚,贴装占有面积比QFP 小,高度 比QFP 低。

QFN封装的特点:

1、表面贴装封装,无引脚设计;

2、无引脚焊盘设计占有更小的PCB面积;

3、组件非常薄(<1mm),可满足对空间有严格要求的应用;

4、非常低的阻抗、自感,可满足高速或者微波的应用;

5、具有优异的热性能,主要是因为底部有大面积散热焊盘;

6、重量轻,适合便携式应用。

QFN封装的小外形特点,可用于笔记本电脑、数码相机、个人数字助理(PDA)、移动电话和MP3等便携式消费电子产品。从市场的角度而言,QFN封装越来越多地受到用户的关注,考虑到成本、体积各方面的因素,QFN封装将会是未来几年的一个增长点,发展前景极为乐观。

6、PLCC封装

PLCC是一种带引线的塑料的芯片封装载体.表面贴装型的封装形式,引脚从封装的四个侧面引出,呈“丁”字形,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。

PLCC封装图

PLCC封装图

PLCC为特殊引脚芯片封装,它是贴片封装的一种,这种封装的引脚在芯片底部向内弯曲,因此在芯片的俯视图中是看不见芯片引脚的。这种芯片的焊接采用回流焊工艺,需要专用的焊接设备,在调试时要取下芯片也很麻烦,现在已经很少用了。

由于IC的封装类型繁多,对于研发测试,影响不大,但对于工厂的大批量生产烧录,IC封装类型越多,那么选择对应配套的烧录座型号也会越多。ZLG致远电子十多年来专业于芯片烧录行业,其编程器支持并提供有各种封装类型IC的烧录座,可供工厂批量生产。

7、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。

PQFP封装图

PQFP封装图

8、CSP 芯片尺寸封装

随着全球电子产品个性化、轻巧化的需求蔚为风潮,封装技术已进步到CSP(Chip Size P ackage)。它减小了芯片封装外形的尺寸,做到裸芯片尺寸有多大,封装尺寸就有多大。即封装后的IC尺寸边长不大于芯片的1.2倍,IC面积只比晶粒(Die)大不超过1.4倍。

CSP封装又可分为四类:

1、Lead Frame Type(传统导线架形式),代表厂商有富士通、日立、Rohm、高士达(Goldstar)等等。

2、Rigid Interposer Type( 硬质内插板型),代表厂商有摩托罗拉、索尼、东芝、松下等等。

3、Flexible Interposer Type(软质内插板型),其中最有名的是Tessera公司的microBGA,CTS的sim-BGA也采用相同的原理。其他代表厂商包括通用电气(GE)和NEC。

4、Wafer Level Package(晶圆尺寸封装):有别于传统的单一芯片封装方式,WLCSP是将整片晶圆切割为一颗颗的单一芯片,它号称是封装技术的未来主流,已投入研发的厂商包括FCT、Aptos、卡西欧、EPIC、富士通、三菱电子等。

CSP封装适用于脚数少的IC ,如内存条和便携电子产品。未来则将大量应用在信息家电(IA)、数字电视(DTV)、电子书(E-Book)、无线网络WLAN/GigabitEthemet、ADSL/手机芯片、蓝芽(Bluetooth)等新兴产品中。

9、CLCC封装

带引脚的陶瓷芯片载体,表面贴装型封装之一,引脚从封装的四个侧面引出,呈丁字形 。 带有窗口的用于封装紫外线擦除型EPROM 以及带有EPROM 的微机电路等。此封装也称为 QFJ、QFJ-G。

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CLCC封装图

10、Flip Chip封装

Flip Chip,又称倒装片,是近年比较主流的封装形式之一,主要被高端器件及高密度封装领域采用。在所有表面安装技术中,倒装芯片可以达到最小、最薄的封装。

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与COB相比,该封装形式的芯片结构和I/O端(锡球)方向朝下,由于I/O引出端分布于整个芯片表面,故在封装密度和处理速度上Flip chip已达到顶峰,特别是它可以采用类似SMT技术的手段来加工,因此是芯片封装技术及高密度安装的最终方向。

其他封装介绍

▲ TO 晶体管外形封装

TO(Transistor Out-line)的中文意思是“晶体管外形”。这是早期的封装规格,例如TO-92,TO-92L,TO-220,TO-252等等都是插入式封装设计。近年来表面贴装市场需求量增大,TO封装也进展到表面贴装式封装。

▲ PGA 插针网格阵列封装

PGA(Pin Grid Array Package)芯片封装形式在芯片的内外有多个方阵形的插针,每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列。根据引脚数目的多少,可以围成2-5圈。安装时,将芯片插入专门的PGA插座。

▲MCM 多芯片模型贴装

曾有人想,当单芯片一时还达不到多种芯片的集成度时,能否将高集成度、高性能、高可靠的CSP芯片(用LSI或IC)和专用集成电路芯片(AS1C)在高密度多层互联基板上用表面安装技术(SMT)组装成为多种多样电子组件、子系统或系统。由这种想法产生出多芯片组件MCM(Multi Chip Model)。它将对现代化的计算机、自动化、通讯业等领域产生重大影响。

▲Cerdip

用玻璃密封的陶瓷双列直插式封装,用于ECL RAM,DSP(数字信号处理器)等电路。带有 玻璃窗口的Cerdip 用于紫外线擦除型EPROM 以及内部带有EPROM 的微机电路等。引脚中 心 距2.54mm,引脚数从8 到42。在日本,此封装表示为DIP-G(G 即玻璃密封的意思)。

▲COB

COB即chip On board,将裸芯片用导电或非导电胶粘附在互连基板上,然后进行引线键合实现其电气连接。如果裸芯片直接暴露在空气中,易受污染或人为损坏,影响或破坏芯片功能,于是就用胶把芯片和键合引线包封起来。人们也称这种封装形式为软包封。

▲flip-chip

倒焊芯片,裸芯片封装技术之一,在LSI 芯片的电极区制作好金属凸点,然后把金属凸点与印刷基板上的电极区进行压焊连接。封装的占有面积基本上与芯片尺寸相同。是所有封装技术中体积最小、最薄的一种。 但如果基板的热膨胀系数与LSI 芯片不同,就会在接合处产生反应,从而影响连接的可 靠 性。因此必须用树脂来加固LSI 芯片,并使用热膨胀系数基本相同的基板材料。

▲LGA(land grid array)

触点陈列封装。即在底面制作有阵列状态坦电极触点的封装。装配时插入插座即可。现 已 实用的有227 触点(1.27mm 中心距)和447 触点(2.54mm 中心距)的陶瓷LGA,应用于高速 逻辑 LSI 电路。 LGA 与QFP 相比,能够以比较小的封装容纳更多的输入输出引脚。另外,由于引线的阻 抗 小,对于高速LSI 是很适用的。但由于插座制作复杂,成本高,现在基本上不怎么使用 。

▲QFI(quad flat I-leaded packgac)

四侧I 形引脚扁平封装。表面贴装型封装之一。引脚从封装四个侧面引出,向下呈I 字 。 也称为MSP。贴装与印刷基板进行碰焊连接。由于引脚无突出部分,贴装占有面 积小 于QFP。 日立制作所为视频模拟IC 开发并使用了这种封装。此外,日本的Motorola 公司的PLL IC 也采用了此种封装。

▲SIP 单列直插式封装

欧洲半导体厂家多采用SIL (single in-line)这个名称。引脚从封装一个侧面引出,排列成一条直线。当装配到印刷基板上时封装呈侧立状。引脚中心距通常为2.54mm,引脚数从2 至23,多数为定制产品。封装的形状各异。也有的把形状与ZIP 相同的封装称为SIP。

▲TCP

薄膜封装TCP技术,主要用于Intel Mobile Pentium MMX上。采用TCP封装技术的CPU的发热量相对于当时的普通PGA针脚阵列型CPU要小得多,运用在笔记本电脑上可以减小附加散热装置的体积,提高主机的空间利用率,因此多见于一些超轻薄笔记本电脑中。但由于TCP封装是将CPU直接焊接在主板上,因此普通用户是无法更换的。

▲SIMM 单列存贮器组件

只在印刷基板的一个侧面附近配有电极的存贮器组件,通常指插入插座的组件。标准SIMM 有中心距为2.54mm 的30 电极和中心距为1.27mm 的72 电极两种规格。在印刷基板的单面或双面装有用SOJ 封装的1 兆位及4 兆位DRAM 的SIMM 已经在个人计算机、工作站等设备中获得广泛应用。至少有30~40%的DRAM 都装配在SIMM 里。

▲DIMM(Dual Inline Memory Module)

双列直插内存模块,与SIMM相当类似,不同的只是DIMM的金手指两端不像SIMM那样是互通的,它们各自独立传输信号,因此可以满足更多数据信号的传送需要。

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