封装与检测技术

2023-11-17

环氧树脂: 环氧树脂是一种高分子聚合物,分子式为 ( C 11 H 12 O 3 ) n (C_{11}H_{12}O_{3})_n (C11H12O3)n,是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称。环氧树脂优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性是其他热固性塑料所不具备的。因此它能制成涂料、复合材料、浇铸料、胶粘剂、模压材料和注射成型材料,在各个领域中得到广泛的应用。

消泡剂: 能降低水、溶液、悬浮液等的表面张力,防止泡沫形成,或使原有泡沫减少或消灭的物质。

cd: 光通量的空间密度,即单位立体角的光通量,叫发光强度,是衡量光源发光强弱的量,其中文名称为“坎德拉”,符号就是 cd

mcd: 是用于 LED 晶粒亮度的单位,mcdmicro cd 的缩写,也就是微烛光,其中烛光(candelacd)为光学常用单位,光学将 mcd 代表光源本身单位面积内的发光强度。

流明: 另一种常使用的光学单位为流明(lm),流明是光通量的单位,光通量是每单位时间到达、离开或通过曲面的光能数量。流明 lm是国际单位体系 (IS) 和美国单位体系 (AS) 的光通量单位。

9 种常见的元器件封装技术

随着集成电路的迅速发展, I C IC IC 封装技术也随着提高, I C IC IC 行业应用需求越来越大,集成度也越来越高,封装大致发展历程: T O → D I P → P L C C → Q F P → P G A → B G A → C S P → M C M TO→DIP→PLCC→QFP→PGA→BGA→CSP→MCM TODIPPLCCQFPPGABGACSPMCM

技术指标一代比一代先进,芯片面积与封装面积比例越来越接近 1 1 1,电器性能以及可靠性也逐渐提高,体积更加小型化和薄型化。

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 1:1 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。

封装大致经过了以下发展进程:

  • 结构方面: T O → D I P → P L C C → Q F P → B G A → C S P TO→DIP→PLCC→QFP→BGA→CSP TODIPPLCCQFPBGACSP
  • 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

1、SOP/SOIC 封装

S O P SOP SOP 是英文 S m a l l   O u t l i n e   P a c k a g e Small ~ Outline ~ Package Small Outline Package 的缩写,即小外形封装。

S O P SOP 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:

  • S O J SOJ SOJ J J J 型引脚小外形封装。
  • T S O P TSOP TSOP,薄小外形封装。
  • V S O P VSOP VSOP,甚小外形封装。
  • S S O P SSOP SSOP,缩小型 S O P SOP SOP
  • T S S O P TSSOP TSSOP,薄的缩小型 S O P SOP SOP
  • S O T SOT SOT,小外形晶体管。
  • S O I C SOIC SOIC,小外形集成电路。

2、DIP 封装

D I P DIP DIP 是英文 D o u b l e   I n − l i n e   P a c k a g e Double ~ In-line ~ Package Double Inline Package 的缩写, D I P DIP DIP 封装叫双列直插式封装或者双入线封装,绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式,其引脚数一般不超过 100 100 100,采用这种封装方式的芯片有两排引脚,可以直接焊在有 D I P DIP DIP 结构的芯片插座上或焊在有相同焊孔数的焊位中。其特点是可以很方便地实现 P C B PCB PCB 板的穿孔焊接,和主板有很好的兼容性。

2.1、CerDIP (陶瓷双列直插式封装)

C e r D I P CerDIP CerDIP 陶瓷双列直插式封装,用于 E C L   R A M ECL ~ RAM ECL RAM D S P DSP DSP (数字信号处理器)等电路。带有玻璃窗口的 C e r D I P CerDIP CerDIP 用于紫外线擦除型 E P R O M EPROM EPROM 以及内部带有 E P R O M EPROM EPROM 的微机电路等。

2.2、PDIP (塑封)

这种我们较为常见,是一种塑料双列直插式封装,适合 P C B PCB PCB 的穿孔安装,操作方便,可加 I C IC IC 插座调试,但是这种封装尺寸远比芯片大,封装效率很低,占去了很多有效安装面积。

3、LCC (带引脚或无引脚芯片载体)

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,是高速和高频 I C IC IC 用封装,也称为陶瓷 Q F N QFN QFN Q F N − C QFN-C QFNC

3.1、CLCC (翼形引脚)

3.2、LDCC

C C C 型引脚芯片载体,引脚从芯片上方引出向下弯曲成 C C C 字型。

3.3、PLCC 封装

P L C C PLCC PLCC 是英文 P l a s t i c   L e a d e d   C h i p   C a r r i e r Plastic ~ Leaded ~ Chip ~ Carrier Plastic Leaded Chip Carrier 的缩写,即塑封 J J J 引线芯片封装。引脚从封装的四个侧面引出,呈丁字形,是塑料制品。引脚中心距 1.27 m m 1.27mm 1.27mm,引脚数从 18 18 18 84 84 84,比 Q F P QFP QFP 容易操作,但焊接后外观检查较为困难。

P L C C PLCC 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 D I P DIP DIP 封装小得多。 P L C C PLCC PLCC 封装适合用 S M T SMT SMT 表面安装技术在 P C B PCB PCB上安装布线,具有外形尺寸小、可靠性高的优点。

4、TQFP 封装

T Q F P TQFP TQFP 是英文 T h i n   Q u a d   F l a t   P a c k a g e Thin ~ Quad ~ Flat ~ Package 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。

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 P C M C I A PCMCIA PCMCIA卡和网络器件。几乎所有 A L T E R A ALTERA ALTERA C P L D / F P G A CPLD/FPGA CPLD/FPGA 都有 T Q F P TQFP TQFP 封装。

5、PQFP 封装

P Q F P PQFP PQFP 是英文 P l a s t i c   Q u a d   F l a t   P a c k a g e Plastic ~ Quad ~ Flat ~ Package Plastic Quad Flat Package 的缩写,即塑封四角扁平封装。


P Q F P PQFP 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 100 100 100 以上。

6、SOP (小型封装)

S O P SOP SOP 封装是一种元件封装形式,常见的封装材料有:塑料、陶瓷、玻璃、金属等,现在基本采用塑料封装.,应用范围很广,主要用在各种集成电路中。后面就逐渐有 T S O P TSOP TSOP (薄小外形封装)、 V S O P VSOP VSOP (甚小外形封装)、 S S O P SSOP SSOP (缩小型 S O P SOP SOP)、 T S S O P TSSOP TSSOP (薄的缩小型 S O P SOP SOP)、 M S O P MSOP MSOP(微型外廓封装)、 Q S O P QSOP QSOP(四分之一尺寸外形封装)、 Q V S O P QVSOP QVSOP(四分之一体积特小外形封装)等封装。

6.1、TSOP 封装

T S O P TSOP TSOP 是英文 T h i n   S m a l l   O u t l i n e   P a c k a g e Thin ~ Small ~ Outline ~ Package Thin Small Outline Package 的缩写,即薄型小尺寸封装。 T S O P TSOP 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。 T S O P TSOP TSOP 适合用 S M T SMT SMT(表面安装)技术在 P C B PCB PCB 上安装布线。


T S O P TSOP 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。

6.2、TSSOP (薄的缩小型)

6.3、SSOP (缩小型)

7、BGA 封装

B G A BGA BGA 是英文 B a l l   G r i d   A r r a y   P a c k a g e Ball ~ Grid ~ Array ~ Package Ball Grid Array Package 的缩写,即球栅阵列封装。 20 20 20 世纪 90 90 90 年代,随着技术的进步,芯片集成度不断提高, I / O I/O 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, B G A BGA BGA 封装开始被应用于生产。


采用 B G A BGA 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, B G A BGA BGA T S O P TSOP TSOP 相比,具有更小的体积,更好的散热性和电性能。 B G A BGA BGA 封装技术使每平方英寸的存储量有了很大提升,采用 B G A BGA BGA 封装技术的内存产品在相同容量下,体积只有 T S O P TSOP TSOP 封装的三分之一。另外,与传统 T S O P TSOP TSOP 封装方式相比, B G A BGA BGA 封装方式有更加快速和有效的散热途径。

B G A BGA BGA 封装的 I / O I/O I/O 端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面, B G A BGA BGA 技术的优点是 I / O I/O 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 B G A BGA 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。

球形触点阵列,表面贴装型封装之一。在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚,在印刷基板的正面装配 L S I LSI LSI 芯片,然后用模压树脂或灌封方法进行密封。也称为凸点陈列载体( P A C PAC PAC )。 B G A BGA BGA 主要有: P B G A PBGA PBGA(塑料封装的 B G A BGA BGA)、 C B G A CBGA CBGA(陶瓷封装的 B G A BGA BGA)、 C C B G A CCBGA CCBGA(陶瓷柱状封装的 B G A BGA BGA)、 T B G A TBGA TBGA(载带状封装的 B G A BGA BGA)等。

目前应用的 B G A BGA BGA 封装器件, 按基板的种类,主要 C B G A CBGA CBGA(陶瓷球栅阵列封装)、 P B G A PBGA PBGA(塑料球栅阵列封装)、 T B G A TBGA TBGA(载带球栅阵列封装)、 F C − B G A FC-BGA FCBGA(倒装球栅阵列封装)、 E P B G EPBG EPBG(增强的塑胶球栅阵列封装)等。

7.1、CBGA (陶瓷)

C B G A CBGA CBGA B G A BGA BGA 封装系列中的历史最长,它的基板是多层陶瓷,金属盖板用密封焊料焊接在基板上,用以保护芯片、引线及焊盘。这是一种为了便于接触, 在底部具有一个焊球阵列的表面安装封装。

7.2、FCBGA (倒装芯片)

F C B G A FCBGA FCBGA 通过倒装芯片实现芯片焊料凸点与 B G A BGA BGA 基板的直接连接, 在 B G A BGA BGA 类产品中可实现较高的封装密度,获得更优良的电性能和热性能。

7.3、PBGA(塑料)

B G A BGA BGA 封装,它采用 B T BT BT 树脂/玻璃层压板作为基板,以塑料环氧模塑混合物作为密封材料。这种封装芯片对对湿气敏感,不适用于有气密性要求和可靠性要求高的器件的封装场合。

7.4、SBGA (带散热器)

S B G A SBGA SBGA 运用先进的基片设计,内含铜质沉热器, 增强散热能力。同时,利用可靠的组装工序及物料,确保高度可靠的超卓性能。把高性能与轻巧体积互相结合,典型的 35 m m   S B G A 35mm ~ SBGA 35mm SBGA 封装的安装后高度少于 1.4 m m 1.4mm 1.4mm,重量仅有 7.09 7.09 7.09

7.5、PGA (引脚栅阵列)

陈列引脚封装。插装型封装之一,其底面的垂直引脚呈陈列状排列。封装基材基本上都采用多层陶瓷基板。用于高速大规模逻辑 L S I LSI LSI 电路。管脚在芯片底部,一般为正方形,引脚中心距通常为 2.54 m m 2.54mm 2.54mm,引脚数从 64 64 64 447 447 447 左右。一般有 C P G A CPGA CPGA (陶瓷针栅阵列封装)以及 P P G A PPGA PPGA(塑料针栅阵列封装)两种。

8、TinyBGA 封装

说到 B G A BGA BGA 封装,就不能不提 K i n g m a x Kingmax Kingmax 公司的专利 T i n y B G A TinyBGA TinyBGA 技术。 T i n y B G A TinyBGA TinyBGA 英文全称为 T i n y   B a l l   G r i d Tiny ~ Ball ~ Grid Tiny Ball Grid,属于是 B G A BGA BGA 封装技术的一个分支,是 K i n g m a x Kingmax Kingmax 公司于 1998 1998 1998 8 8 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 1:1.14 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 2~3 23 倍。与 T S O P TSOP 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 T i n y B G A TinyBGA TinyBGA 封装技术的内存产品,在相同容量情况下体积,只有 T S O P TSOP TSOP 封装的 1 / 3 1/3 1/3 T S O P TSOP TSOP 封装内存的引脚是由芯片四周引出的,而 T i n y B G A TinyBGA 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 T S O P TSOP TSOP 技术的 1 / 4 1/4 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 T i n y B G A TinyBGA TinyBGA 封装芯片可抗高达 300 M H z 300MHz 300MHz 的外频,而采用传统 T S O P TSOP TSOP 封装技术最高只可抗 150 M H z 150MHz 150MHz 的外频。
T i n y B G A TinyBGA TinyBGA 封装的内存其厚度也更薄(封装高度小于 0.8 m m 0.8mm 0.8mm),从金属基板到散热体的有效散热路径仅有 0.36 m m 0.36mm 0.36mm。因此, T i n y B G A TinyBGA 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。

9、QFP 封装

Q F P QFP QFP Q u a d   F l a t   P a c k a g e Quad ~ Flat ~ Package Quad Flat Package 的缩写,即小型方块平面封装。 Q F P QFP QFP 封装在早期的显卡上使用的比较频繁,但少有速度在 4 n s 4ns 4ns 以上的 Q F P QFP QFP 封装显存,因为工艺和性能的问题,目前已经逐渐被 T S O P − I I TSOP-II TSOPII B G A BGA BGA 所取代。 Q F P QFP 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 L L)型。

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 Q F P QFP QFP。塑料 Q F P QFP QFP 是最普及的多引脚 L S I LSI LSI 封装,不仅用于微处理器,门陈列等数字逻辑 L S I LSI LSI 电路,而且也用于 V T R VTR VTR 信号处理、音响信号处理等模拟 L S I LSI LSI 电路。引脚中心距有 1.0 m m 1.0mm 1.0mm 0.8 m m 0.8mm 0.8mm 0.65 m m 0.65mm 0.65mm 0.5 m m 0.5mm 0.5mm 0.4 m m 0.4mm 0.4mm 0.3 m m 0.3mm 0.3mm 等多种规格, 0.65 m m 0.65mm 0.65mm 中心距规格中最多引脚数为 304 304 304

这类封装有: C Q F P CQFP CQFP(陶瓷四方扁平封装)、 P Q F P PQFP PQFP(塑料四方扁平封装)、 S S Q F P SSQFP SSQFP(自焊接式四方扁平封装)、 T Q F P TQFP TQFP(纤薄四方扁平封装)、 S Q F P SQFP SQFP(缩小四方扁平封装)。

9.1、LQFP(薄型)

这是薄型 Q F P QFP QFP。指封装本体厚度为 1.4 m m 1.4mm 1.4mm Q F P QFP QFP,是日本电子机械工业会根据制定的新 Q F P QFP QFP 外形规格所用的名称。

9.2、TQFP(纤薄四方扁平)

CSP (芯片规模封装)

C S P CSP CSP 封装是一种芯片级封装,我们都知道芯片基本上都是以小型化著称,因此 C S P CSP CSP 封装最新一代的内存芯片封装技术,可以让芯片面积与封装面积之比超过 1 : 1.14 1:1.14 1:1.14,已经相当接近 1 : 1 1:1 1:1 的理想情况,被行业界评为单芯片的最高形式,与 B G A BGA BGA 封装相比,同等空间下 C S P CSP CSP 封装可以将存储容量提高三倍。这种封装特点是体积小、输入/输出端数可以很多以及电气性能很好,有 C S P   B G A CSP ~ BGA CSP BGA(球栅阵列)、 L F C S P LFCSP LFCSP(引脚架构)、 L G A LGA LGA(栅格阵列)、 W L C S P WLCSP WLCSP(晶圆级)等。

1、CSP BGA (球栅阵列)

2、LFCSP (引脚架构)

L F C S P LFCSP LFCSP,这种封装类似使用常规塑封电路的引线框架,只是它的尺寸要小些,厚度也薄,并且它的指状焊盘伸人到了芯片内部区域。 L F C S P LFCSP LFCSP 是一种基于引线框的塑封封,封装内部的互连通常是由线焊实现,外部电气连接是通过将外围引脚焊接到 P C B PCB PCB 来实现。除引脚外, L F C S P LFCSP LFCSP 常常还有较大的裸露热焊盘,可将其焊接到 P C B PCB PCB 以改善散热。

3、LGA(栅格阵列)

这是一种栅格阵列封装,有点类似与 B G A BGA BGA,只不过 B G A BGA BGA 是用锡焊死,而 L G A LGA LGA 则是可以随时解开扣架更换芯片。也就是说相比于 B G A BGA BGA 而言具有更换性,但是在更换过程当中需要很小心。

4、WLCSP(晶圆级)

晶圆片级芯片规模封装不同于传统的芯片封装方式,传统的是先切割再封测,而封装后至少增加原芯片 20 % 20\% 20% 的体积。此种最新技术是先在整片晶圆上进行封装和测试,然后才切割成一个个的 I C IC IC 颗粒,因此封装后的体积即等同 I C IC IC 裸晶的原尺寸。

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