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芯片的封装是怎样的

编辑:中奥载带 时间: 2020-10-14 17:30 浏览量: 2


告诉你什么是封装

经过漫长的流程,从设计到制造,终于获得一颗IC芯片了。然而一颗芯片相当小且薄,如果不在外施加保护,会被轻易的刮伤损坏。此外,因为芯片的尺寸微小,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BGA封装。至于其他的封装法,还有早期CPU使用的PGAPin Grid ArrayPin 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BGA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 PackageDIP,从下图可以看到采用此封装的IC芯片在双排接脚下,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芯片。但是,因为大多采用的是塑料,散热效果较差,无法满足现行高速芯片的要求。因此,使用此封装的,大多是历久不衰的芯片,如下图中的OP741,或是对运作速度没那么要求且芯片较小、接孔较少的IC芯片。

 

 OP741

  ▲ 左图的IC芯片为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芯片接到金属接脚(Leadframe)。


至于球格阵列(Ball Grid ArrayBGA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,因为接脚位在芯片下方,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芯片。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。


BGA封装

  ▲ 左图为采用 BGA 封装的芯片。右图为使用覆晶封装的 BGA 示意图。


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SoCSystem On Chip)以及SiPSystem 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,整合在一颗芯片中。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,提升芯片的计算速度。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。

然而,SoC并非只有优点,要设计一颗SoC需要相当多的技术配合。IC芯片各自封装时,各有封装外部保护,且ICIC间的距离较远,比较不会发生交互干扰的情形。但是,当将所有IC都包装在一起时,就是噩梦的开始。IC设计厂要从原先的单纯设计IC,变成了解并整合各个功能的IC,增加工程师的工作量。此外,也会遇到很多的状况,像是通讯芯片的高频讯号可能会影响其他功能的IC等情形。

此外,SoC还需要获得其他厂商的IPintellectual property)授权,才能将别人设计好的元件放到SoC中。因为制作SoC需要获得整颗IC的设计细节,才能做成完整的光罩,这同时也增加了SoC的设计成本。或许会有人质疑何不自己设计一颗就好了呢?因为设计各种IC需要大量和该IC相关的知识,只有像Apple这样多金的企业,才有预算能从各知名企业挖角顶尖工程师,以设计一颗全新的 IC,透过合作授权还是比自行研发划算多了。


折衷方案,SiP 现身

作为替代方案,SiP跃上整合芯片的舞台。和SoC不同,它是购买各家的IC,在最后一次封装这些IC,如此便少了IP授权这一步,大幅减少设计成本。此外,因为它们是各自独立的IC,彼此的干扰程度大幅下降。

 

 Apple Watch芯片

Apple Watch采用SiP技术将整个电脑架构封装成一颗芯片,不单满足期望的效能还缩小体积,让手錶有更多的空间放电池。

采用SiP技术的产品,最着名的非 Apple Watch 莫属。因为Watch的内部空间太小,它无法采用传统的技术,SoC 的设计成本又太高SiP成了首要之选。藉由SiP技术,不单可缩小体积,还可拉近各个IC间的距离,成为可行的折衷方案。下图便是 Apple Watch 芯片的结构图,可以看到相当多的IC包含在其中。

 

 S1芯片内部

Apple Watch 中采用SiP封装的 S1 芯片内部配置图。

完成封装后,便要进入测试的阶段,在这个阶段便要确认封装完的IC是否有正常的运作,正确无误之后便可出货给组装厂,做成我们所见的电子产品。至此,半导体产业便完成了整个生产的任务。


标签: IC封装芯片
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