一、芯片封裝類型有哪些
芯片封裝就是把集成裸片集成到一塊基板上面,再把用戶需要的引腳全部引出來,做成成品芯片,芯片封裝是芯片制造的重要工序。芯片封裝的類型有多種,其中常見的主要有以下幾種:
1、DIP直插式封裝
DIP是指采用雙列直插形式封裝的集成電路芯片,這種芯片封裝已經(jīng)有很多年的歷史,如51單片機、AC-DC控制器、光耦運放等都在使用這種封裝類型。采用DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳,可以通過專用底座進行使用,當然,也可以直接插在有相同焊孔數(shù)和幾何排列的電路板上進行焊接,對于插在底座上使用,可以易于更換,焊接難度也很低,只需要電烙鐵便可以進行焊接裝配。
2、LGA封裝
LGA封裝為底部方形焊盤,區(qū)別于QFN封裝,在芯片側(cè)面沒有焊點,焊盤均在底部。這種封裝對焊接要求相對較高,對于芯片封裝的設(shè)計也有很高的要求,否則批量生產(chǎn)很容易造成虛焊以及短路的情況,在小體積、高級程度的應(yīng)用場景中這種封裝的使用較多。
3、LQFP/TQFP封裝
PQFP/TQFP封裝的芯片四周均有引腳,引腳之間距離很小、管腳很細,用這種形式封裝的芯片可通過回流焊進行焊接,焊盤為單面焊盤,不需要打過孔,在焊接上相對DIP封裝的難度較大。目前許多單片機和集成芯片都在使用這種封裝,由于此封裝自帶突出引腳,在運輸焊接過程中需要小心,防止引腳彎曲或損壞。
4、QFN封裝
QFN是一種無引線四方扁平封裝,是具有外設(shè)終端墊以及一個用于機械和熱量完整性暴露的芯片墊的無鉛封裝。在芯片底部大多數(shù)會設(shè)計一塊較大的地平面,對于功率型IC,該平面會很好的解決散熱問題,通過PCB的銅皮設(shè)計,可以將熱量更快的傳導出去,該封裝可為正方形或長方形。封裝四側(cè)配置有電極觸點,由于無引腳,貼裝占有面積比QFP小,高度比QFP低,為目前比較流行的封裝類型。
5、BGA(球柵陣列)封裝
隨著集成技術(shù)的進步、設(shè)備的改進和深亞微米技術(shù)的使用,LSI、VLSI、ULSI相繼出現(xiàn),硅單芯片集成度不斷提高,對集成電路封裝要求更加嚴格,I/O引腳數(shù)急劇增加,功耗也隨之增大。BGA封裝是一種電子元件封裝技術(shù),它是指將電子元件封裝在一個多層、由金屬和陶瓷組成的球形結(jié)構(gòu)中,以提供更好的熱傳導性能和更小的封裝尺寸。BGA封裝可以提供更多的連接點,比普通的插件封裝多出幾倍,因此可以提供更高的信號完整性和更低的電阻。BGA封裝還可以提供更高的功率密度,以及更低的電磁干擾(EMI)。
6、SO類型封裝
SO類型封裝有很多種類,可以分為:SOP(小外形封裝)、TOSP(薄小外形封裝)、SSOP(縮小型SOP)、VSOP(甚小外形封裝)、SOIC(小外形集成電路封裝)等類似于QFP形式的封裝,只有兩邊有管腳的芯片封裝形式,該類型的封裝是表面貼裝型封裝之一,引腳從封裝兩側(cè)引出呈“L”字形。該類型封裝的典型特點就是在封裝芯片的周圍做出很多引腳,封裝操作方便、可靠性比較高、焊接也比較方便,如常見的SOP-8等封裝在各種類型的芯片中被大量使用。
二、如何選擇合適的芯片封裝類型
芯片封裝時,要選擇合適的封裝類型,如果封裝類型選擇不當,可能會造成產(chǎn)品功能無法實現(xiàn),或者成本過高,甚至導致整個設(shè)計失敗。在選擇芯片封裝類型時,主要考慮以下幾個方面的因素:
1、封裝體的裝配方式
選擇封裝類型的首要工作就是確定裝配方式,這直接決定電子產(chǎn)品封裝完后的PCB設(shè)計及如何與PCB連接。封裝的裝配方式主要有通孔插裝和表面貼裝兩種。通孔插裝就是將其外面的引腳利用插件的方式與PCB連接,如SIP和DIP;表面貼裝是通過表面貼裝技術(shù)將其快速地焊接到PCB上,如QFP、QFN封裝、BGA封裝、sop等
2、封裝體的尺寸
由于封裝工藝的極限會限制芯片尺寸(長度、寬度和厚度),在選擇封裝體時,首先保證芯片能夠安裝進封裝體,再根據(jù)產(chǎn)品厚度要求選擇封裝體厚度。隨著消費類電子越來越朝輕、薄、短、小的方向發(fā)展,封裝產(chǎn)品的厚度也越來越薄,選擇封裝體尺寸應(yīng)優(yōu)先選擇小尺寸、薄型的封裝體,以節(jié)約PCB的面積。
3、封裝體引腳數(shù)
所選擇的封裝體總引腳數(shù)應(yīng)等于或大于集成電路芯片所需要的引出端總數(shù)(包括輸人、輸出、控制端、電源端、地線端等)。
4、產(chǎn)品可靠性
塑料封裝屬于非氣密性封裝,抗潮濕性能和機械性能相對較差,同時熱穩(wěn)定性也不太好,但在性能價格比上有優(yōu)勢;金屬封裝和陶資封裝屬于氣密性封裝,氣密性、抗潮濕性能好,散熱性和機械性能好,但裝配尺寸精度錢差,價格較昂貴。因此,對于高可靠性的集成電路不宜選用塑料封裝,而應(yīng)選用陶瓷封裝或金屬-陶瓷封裝,如軍用和航天用產(chǎn)品;而一般工業(yè)用電子產(chǎn)品和消費用電子產(chǎn)品,由于其對可拿性要求不太高且考慮成本因素,一般會選用塑料封裝。
5、產(chǎn)品散熱性能、電性能
集成電路在工作時會產(chǎn)生大量的熱量。在了解客戶的散熱性能需求和電性能要求后,需要對選定的封裝體進行熱仿真電仿真,以便確認是否滿足散熱性能要求和電性能要求?;谏嵝阅艿囊螅庋b體越薄越好,一般針對高功耗產(chǎn)品,除了考慮選用低阻率、高導熱性能的材料黏結(jié)芯片,高導熱塑封料,采用金屬合金焊接工藝,還可以考慮選擇加強型封裝(如增加內(nèi)置式散熱片、外露式散熱片或引線框架載片臺外露),以增強其散熱、冷卻功能,如HSPBGA、HSBGA、EDHS-QFP、DHS-QFP、QFN、E-PadLQFP等封裝形式。
6、成本
對芯片來說,芯片封裝成本高會導致電子產(chǎn)品失去市場競爭力.從而可能失去客戶和市場。一般來講,對于同一種封裝形式,大封裝體尺寸的產(chǎn)品比小封裝體尺才的產(chǎn)品封裝成本高。對于不同的封裝形式,基板產(chǎn)品比引線框架產(chǎn)品的封裝成本高;多層基板產(chǎn)品比單層基板產(chǎn)品封裝成本高;可靠性等級要求高的產(chǎn)品比可靠性等級要求低的產(chǎn)品封裝成本高。