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表面贴片封装降低PCB设计难度

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表面贴片封装降低PCB设计难度

表面贴片先进封装是从引脚直插式封装发展而来的,主要优点是降低了PCB电路板设计的难度,同时它也大大降低了其本身的尺寸大小。用这种方法焊上去的芯片,如果不用专用工具是很难拆卸下来的。表面贴片封装根据引脚所处的位置可分为:Single-ended(引脚在一面)、Dual(引脚在两边)、Quad(引脚在四边)、Bottom(引脚在下面)、BGA(引脚排成矩阵结构)及其他。

Single-ended

此封装形式的特点是引脚全部在一边,而且引脚的数量通常比较少。它又可分为:导热型,像常用的功率三极管,只有三个引脚排成一排,其上面有一个大的散热片;COF是将芯片直接粘贴在柔性线路板上(现有的用Flip-Chip技术),再经过塑料包封而成,它的特点是轻而且很薄,所以当前被广泛用在液晶显示器(LCD)上,以满足LCD分辨率增加的需要。其缺点一是Film的价格很贵,二是贴片机的价格也很贵。

Dual

此封装形式的特点是引脚全部在两边,而且引脚的数量不算多。它的封装形式比较多,又可细分为SOT、SOP、SOJ、SSOP、HSOP及其他。

SOT系列主要有SOT-23、SOT-223、SOT25、SOT-26、SOT323、SOT-89等。当电子产品尺寸不断缩小时,其内部使用的半导体器件也必须变小,更小的半导体器件使得电子产品能够更小、更轻、更便携,相同尺寸包含的功能更多。SOT封装既大大降低了高度,又显著减小了PCB占用空间。

小尺寸贴片封装SOP

飞利浦公司在上世纪70年代就开发出小尺寸贴片封装SOP,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。SOP引脚数在几十个之内。

薄型小尺寸封装TSOP

它与SOP的最大区别在于其厚度很薄,只有1mm,是SOJ的1/3;由于外观轻薄且小,适合高频使用。它以较强的可操作性和较高的可靠性征服了业界,大部分的SDRAM内存芯片都是采用此TSOP封装方式。TSOP内存封装的外形呈长方形,且封装芯片的周围都有I/O引脚。在TSOP封装方式中,内存颗粒是通过芯片引脚焊在PCB板上的,焊点和PCB板的接触面积较小,使得芯片向PCB板传热相对困难。而且TSOP封装方式的内存在超过150MHz后,会有很大的信号干扰和电磁干扰。

J形引脚小尺寸封装SOJ

引脚从封装主体两侧引出向下呈J字形,直接粘着在印刷电路板的表面,通常为塑料制品,多数用于DRAM和SRAM等内存LSI电路,但绝大部分是DRAM。用SOJ封装的DRAM器件很多都装配在SIMM上。引脚中心距1.27mm,引脚数从20至40不等。

四边引脚扁平封装QFP

QFP是由SOP发展而来,其外形呈扁平状,引脚从四个侧面引出,呈海鸥翼(L)型,鸟翼形引脚端子的一端由封装本体引出,而另一端沿四边布置在同一平面上。它在印刷电路板(PWB)上不是靠引脚插入PWB的通孔中,所以不必在主板上打孔,而是采用SMT方式即通过焊料等贴附在PWB上,一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点,将封装各脚对准相应的焊点,即可实现与主板的焊接。因此,PWB两面可以形成不同的电路,采用整体回流焊等方式可使两面上搭载的全部元器件一次键合完成,便于自动化操作,实装的可靠性也有保证。这是目前最普遍采用的封装形式。

此种封装引脚之间距离很小、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。其引脚数一般从几十到几百,而且其封装外形尺寸较小、寄生参数减小、适合高频应用。该封装主要适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线。但是由于QFP的引线端子在四周布置,且伸出PKG之外,若引线间距过窄,引线过细,则端子难免在制造及实装过程中发生变形。当端子数超过几百个,端子间距等于或小于0.3mm时,要精确地搭载在电路图形上,并与其他电路组件一起采用再流焊一次完成实装,难度极大,致使价格剧增,而且还存在可靠性及成品率方面的问题。采用J字型引线端子的PLCC等可以缓解一些矛盾,但不能从根本上解决QFP的上述问题。由QFP衍生出来的封装形式还有LCCC、PLCC以及TAB等。

此封装的基材有陶瓷、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QFP。塑料QFP是最普及的多引脚LSI封装。QFP封装的缺点是:当引脚中心距小于0.65mm时,引脚容易弯曲。为了防止引脚变形,现已出现了几种改进的QFP品种。

塑料四边引脚扁平封装PQFP

芯片的四周均有引脚,其引脚数一般都在100以上,而且引脚之间距离很小,管脚也很细,一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式。用这种形式封装的芯片,必须采用表面安装设备技术(SMT)将芯片边上的引脚与主板焊接起来。PQFP封装适用于SMT表面安装技术在PCB上安装布线,适合高频使用,它具有操作方便、可靠性高、芯片面积与封装面积比值较小等优点。

带引脚的塑料芯片载体PLCC。它与LCC相似,只是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1.27mm,引脚数从18到84。J形引脚不易变形,比QFP容易操作,但焊接后的外观检查较为困难。它与LCC封装的区别仅在于前者用塑料,后者用陶瓷,但现在已经出现用陶瓷制作的J形引脚封装和用塑料制作的无引脚封装。

无引脚芯片载体LCC或四侧无引脚扁平封装QFN。指陶瓷基板的四个侧面只有电极接触而无引脚的表面贴装型封装。由于无引脚,贴装占有面积比QFP小,高度比QFP低,它是高速和高频IC用封装。但是,当印刷基板与封装之间产生应力时,在电极接触处就不能得到缓解,因此电极触点难于做到QFP的引脚那样多,一般从14到100左右。材料有陶瓷和塑料两种,当有LCC标记时基本上都是陶瓷QFN,塑料QFN是以玻璃环氧树脂为基板基材的一种低成本封装。

球型矩阵封装BGA

BGA封装经过十几年的发展已经进入实用化阶段,目前已成为最热门的封装。

随着集成电路技术的发展,对集成电路的封装要求越来越严格。这是因为封装关系到产品的性能,当IC的频率超过100MHz时,传统封装方式可能会产生所谓的交调噪声"Cross-Talk Noise"现象,而且当IC的管脚数大于208脚时,传统的封装方式有其难度。因此,除使用QFP封装方式外,现今大多数的高脚数芯片皆转而使用BGA封装。BGA一出现便成为CPU、高引脚数封装的最佳选择。BGA封装的器件绝大多数用于手机、网络及通信设备、数码相机、微机、笔记本计算机、PAD和各类平板显示器等高档消费市场。

BGA封装的优点有:1.输入输出引脚数大大增加,而且引脚间距远大于QFP,加上它有与电路图形的自动对准功能,从而提高了组装成品率;2.虽然它的功耗增加,但能用可控塌陷芯片法焊接,它的电热性能从而得到了改善,对于集成度很高和功耗很大的芯片,采用陶瓷基板,并在外壳上安装微型排风扇散热,从而可达到电路的稳定可靠工作;3.封装本体厚度比普通QFP减少1/2以上,重量减轻3/4以上;4.寄生参数减小,信号传输延迟小,使用频率大大提高;5.组装可用共面焊接,可靠性高。

BGA封装的不足之处:BGA封装仍与QFP、PGA一样,占用基板面积过大;塑料BGA封装的翘曲问题是其主要缺陷,即锡球的共面性问题。共面性的标准是为了减小翘曲,提高BGA封装的特性,应研究塑料、粘片胶和基板材料,并使这些材料最佳化。同时由于基板的成本高,而使其价格很高。

小型球型矩阵封装Tiny-BGA

它与BGA封装的区别在于它减少了芯片的面积,可以看成是超小型的BGA封装,但它与BGA封装比却有三大进步:由于封装本体减小,可以提高印刷电路板的组装密集度;芯片与基板连接的路径更短,减小了电磁干扰的噪音,能适合更高的工作频率;具有更好的散热性能。

微型球型矩阵封装mBGA。它是BGA的改进版,封装本体呈正方形,占用面积更小、连接短、电气性能好、不易受干扰,所以这种封装会带来更好的散热及超频性能,但制造成本极高。