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 Package；DIP），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。
▲ 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 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。
▲ 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IC与IC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IP（intellectual 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。
▲ 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。
芯片系列其他文章
IC芯片的设计
什么是晶圆？晶圆是怎么制造出来的？
芯片是怎么制造的？
纳米芯片和纳米制程
中奥客服
