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半导体科普:封装 IC芯片的最终防护与统整


  来源: 仪器仪表商情网 时间:2015-09-14 作者:Stanford
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      【仪器仪表商情网 核心技术】经过漫长的流程,从设计到制造,终于获得一颗 IC 晶片了。然而一颗晶片相当小且薄,如果不在外施加保护,会被轻易的刮伤损坏。此外,因为晶片的尺寸微小,如果不用一个较大尺寸的外壳,将不易以人工安置在电路板上。因此,本文接下来要针对封装加以描述介绍。

      目前常见的封装有两种,一种是电动玩具内常见的,黑色长得像蜈蚣的 DIP 封装,另一为购买盒装 CPU 时常见的 GBA 封装。至于其他的封装法,还有早期 CPU 使用的 PGA(Pin Grid Array;Pin Grid Array)或是 DIP 的改良版 QFP(塑料方形扁平封装)等。因为有太多种封装法,以下将对 DIP 以及 GBA 封装做介绍。

      传统封装,历久不衰

       首先要介绍的是双排直立式封装(Dual Inline Package,DIP),从下图可以看到采用此封装的 IC 晶片在双排接脚下,看起来会像条黑色蜈蚣,让人印象深刻,此封装法为最早采用的 IC 封装技术,具有成本低廉的优势,适合小型且不需接太多线的晶片。但是,因为大多采用的是塑料,散热效果较差,无法满足现行高速晶片的要求。因此,使用此封装的,大多是历久不衰的晶片,如下图中的 OP741,或是对运作速度没那么要求且晶片较小、接孔较少的 IC 晶片。

▲ 左图的 IC 晶片为 OP741,是常见的电压放大器。右图为它的剖面图,这个封装是以金线将晶片接到金属接脚(Leadframe)。(Source :左图 Wikipedia、右图 Wikipedia)

      至于球格阵列(Ball Grid Array,BGA)封装,和 DIP 相比封装体积较小,可轻易的放入体积较小的装置中。此外,因为接脚位在晶片下方,和 DIP 相比,可容纳更多的金属接脚,

      相当适合需要较多接点的晶片。然而,采用这种封装法成本较高且连接的方法较复杂,因此大多用在高单价的产品上。

▲ 左图为采用 BGA 封装的晶片,主流的 X86 CPU 大多使用这种封装法。右图为使用覆晶封装的 BGA 示意图。(Source: 左图 Wikipedia)

      行动装置兴起,新技术跃上舞台

      然而,使用以上这些封装法,会耗费掉相当大的体积。像现在的行动装置、穿戴装置等,需要相当多种元件,如果各个元件都独立封装,组合起来将耗费非常大的空间,因此目前有两种方法,可满足缩小体积的要求,分别为 SoC(System On Chip)以及 SiP(System In Packet)。

       在智慧型手机刚兴起时,在各大财经杂志上皆可发现 SoC 这个名词,然而 SoC 究竟是什么东西?简单来说,就是将原本不同功能的 IC,整合在一颗晶片中。藉由这个方法,不单可以缩小体积,还可以缩小不同 IC 间的距离,提升晶片的计算速度。至于制作方法,便是在 IC 设计阶段时,将各个不同的 IC 放在一起,再透过先前介绍的设计流程,制作成一张光罩。

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