有關(guān)芯片封裝的認(rèn)識(shí)及其理解
封裝最初定義是保護(hù)電路芯片免受周圍環(huán)境的影響,包括來自物理、化學(xué)方面的影響。而現(xiàn)在,伴隨著芯片的速度越來越快,功率越來越大,使得芯片散熱問題日趨嚴(yán)重,由于芯片鈍化層質(zhì)量的提高,封裝用以保護(hù)電路功能的作用的重要性正在下降。
如今的芯片封裝,是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼,起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)電熱性能的作用,是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁(芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上,這些引腳又通過印制板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接)。
從芯片封裝的概念我們不難看出,芯片封裝的作用主要有四個(gè)方面:固定引腳系統(tǒng)、物理性保護(hù)、環(huán)境性保護(hù)和增強(qiáng)散熱。
什么是固定引腳系統(tǒng)?芯片有外部引腳和內(nèi)部引腳之分,內(nèi)部引腳很細(xì),小于1.5微米,多數(shù)情況下為1微米,內(nèi)部引腳與外部引腳之間用銅焊接在一起,外部引腳接地,與電路板連接起到數(shù)據(jù)交換的作用。
外部引腳系統(tǒng)通常使用兩種不同的合金:鐵鎳合金及銅合金,前者用于高強(qiáng)度以及高穩(wěn)定性的場(chǎng)合,而后者具有導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性較好的優(yōu)勢(shì),具體選用哪種引腳,根據(jù)實(shí)際情況來定。
物理性保護(hù),是指芯片通過封裝以后可以免受微粒等物質(zhì)的污染和外界對(duì)它的損害,對(duì)于芯片封裝等級(jí)的要求也不盡相同,消費(fèi)類產(chǎn)品要求最低。
環(huán)境性保護(hù),可以讓芯片免受濕氣等其他可能干擾芯片正常功能的氣體對(duì)它的正常工作產(chǎn)生的影響。
增強(qiáng)散熱,是考慮到所有半導(dǎo)體產(chǎn)品在工作的時(shí)候都會(huì)產(chǎn)生熱量,而當(dāng)熱量達(dá)到一定限度的時(shí)候便會(huì)影響芯片的正常工作。事實(shí)上,封裝體的各種材料本身就可以帶走一部分熱量,當(dāng)然,對(duì)于大多數(shù)發(fā)熱量大的芯片,除了通過封裝材料進(jìn)行降溫外,還需要考慮在芯片上額外安裝一個(gè)金屬散熱片或風(fēng)扇以達(dá)到更好的散熱效果。
封裝的分類
按照包裝材料,封裝可以分為:金屬封裝、陶瓷封裝和塑料封裝,其中,金屬封裝主要用于軍工或航天技術(shù),無商業(yè)化產(chǎn)品;陶瓷封裝與金屬封裝的作用相類似,也主要用于軍事產(chǎn)品,有少部分商業(yè)化的產(chǎn)品;塑料封裝用于消費(fèi)電子,因?yàn)槠涑杀镜?,工藝?jiǎn)單,可靠性高而占有絕大部分的市場(chǎng)份額。從氣密性角度分類,可將封裝分為氣密性封裝和非氣密性封裝,其中,金屬封裝和陶瓷封裝屬于氣密性封裝,塑料屬于非氣密性封裝。
按照與PCB板的連接方式,封裝可分為PTH和SMT,PTH是英文pin-through-hole的縮寫,中文翻譯為插孔式或通孔式,這種在市面上越來越少見;SMT是英文surface-mount-technology的縮寫,翻譯過來就是常說的表面貼裝式,目前市場(chǎng)上大部分IC均采用SMT。
按照封裝外形可分類為:SOT、QFN、SOIC、TSSOP、QFP、BGA、CSP,這個(gè)是按照封裝形式和工藝越來越高級(jí)和復(fù)雜來排序,其中CSP由于采用了Flip Chip技術(shù)和裸片封裝,達(dá)到了芯片面積/封裝面積=1:1,為目前最高級(jí)的技術(shù)。
本人認(rèn)為,決定封裝形式的兩個(gè)關(guān)鍵因素是封裝效率和引腳數(shù)。為什么這樣講?首先封裝效率是指芯片面積與封裝面積之比為提高封裝效率,原則是二者盡量接近1:1,封裝效果最好;其次,引腳數(shù)越多,越高級(jí),封裝時(shí)工藝難度也相應(yīng)增加,原則上引腳要盡量短以減少延遲,引腳間的距離盡量遠(yuǎn),以保證互不干擾,提高性能;當(dāng)然,基于散熱的要求,封裝越薄越好。