电子学基本知识(3)
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寄生电感和寄生电容小，适 合高频、高速芯片封装
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
18
常用封装——QFP
2011-03-02
quad flat package，四侧引脚扁 平封装
引脚从四个侧面引出呈海鸥翼(L) 型。基材有陶瓷、金属和塑料三 种
脚中心距有1.0mm、0.8mm、 0.65mm、0.5mm、0.4mm、 0.3mm等多种规格。0.65mm 中 心距规格中最多引脚数为304。
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
20
BGA焊盘结构
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
21
从BGA器件布线
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
22
BGA封装的优点
失效率低
引脚牢固
焊点间距大于QFP
引脚短，改善电性能
封装密度大
具有“自对准”效应
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
27
常用封装——MCM
multi-chip module，多芯片组件
将多块半导体裸芯片组装在一块布线基板上的一种封装
根据基板材料可分为MCM－L，MCM－C和MCM－D三 大类
➢ MCM－L是使用通常玻璃环氧树脂多层印刷基板组件
➢ MCM－C是用厚膜技术形成多层布线，以陶瓷(氧化铝或玻璃陶 瓷)作为基板的组件
4
WB的分类
热压焊
超声焊
丝球焊
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
5
热压焊
Intermetallic Mass
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
6
超声焊
➢在常温下利用超声机械振动带动丝与膜进 行摩擦，使氧化膜破碎，纯净的金属表面相 互接触，通过摩擦产生的热量使金属之间发 生扩散，实现连接 ➢不必外部加热，对器件无热影响
标准SIMM有中心距为2.54mm的30电极和中心距为 1.27mm的72电极两种规格
在印刷基板的单面或双面装有用SOJ、SOP、QFP或 BGA封装的1兆位至数G位DRAM的SIMM已经在个人 计算机、工作站等设备中获得广泛应用
至少有30～40％的DRAM都装配在SIMM里
2011-03-02
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
36
埋置型3D封装
开槽型
2011-03-02
介质型
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
37
叠层型三维封装
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
38
三维封装
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
39
② 产品周期短，风险小
③ 可采用混合组装技术安装各类IC和无源器件， 内部可采用各种方式互连
④ 产品可采用混合设计技术，模拟或数字
⑤ 封装内的元器件向z方向发展，提高封装密度， 减少封装基板面积
⑥ “埋置型无源元件”可集成到各类基板中， 避免使用大量分立元件
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
塑料和陶瓷两种
DIP是最普及的插装型封装
引脚中心距2.54mm，引脚数从6到 64。封装宽度通常为15.2mm。有 的把宽度为7.52mm和10.16mm的 封装分别称为skinny DIP和slim DIP(窄体型DIP)
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
13
常用封装——PGAຫໍສະໝຸດ Baidu
Pin Grid Array Package，插针 网格阵列封装
内外有多个方阵形的插针，每个 方阵形插针沿芯片的四周间隔一 定距离排列，根据管脚数目的多 少，可以围成2～5圈
PGA
SMT-PGA
BGA
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
14
常用封装——SOJ
Small Out-Line J-Leaded Package，J形引脚小外型封装
圆片级封装
Wafer Level Package
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
33
新型封装——DCA（COB）
chip on board，板上芯片封装 是裸芯片贴装技术之一 半导体芯片直接贴装在印刷线路板上，芯片与基板的
电气互联
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
34
新型封装——DCA之FCOB
flip-chip，倒焊芯片
近于无封装，减少电路板使用面积 引脚数多 可靠性高 引脚寄生电感电容小 降低成本 有利于提高散热能力
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
35
三维（3D）封装技术
埋置型3D
有源基板型3D
叠层型3D
封装面积小于或等于芯片本身面积的120％
刚性基板CSP
封装每边的宽度比起芯片大1.0mm以内
特点：
引线框架式CSP
体积小
可容纳的引脚最多
柔性基板CSP
电性能好
散热性能优良
焊区阵列CSP
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
圆片级CSP
26
20-Lead Frame Chip Scale Package [LFCSP]
➢ MCM－D是用薄膜技术形成多层布线，以陶瓷(氧化铝或氮化铝) 或Si、Al作为基板的组件
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
28
MCM
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
29
MCM优缺点
优点
增加组装密度 缩短互连长度 减小信号延迟 减小体积 减轻重量 提高可靠性
11
常用封装——SIP
single in-line package，单列直插
常用于排电阻、厚/薄膜混合电路等
引脚从封装一个侧面引出，排列成 一条直线
引脚中心距通常为2.54mm，引脚 数从2至23
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
12
常用封装——DIP
dual in-line package，双列直插 引脚从封装两侧引出，封装材料有
引脚中心距1.27mm，引脚数从8～ 44。
引脚中心距小于1.27mm的SOP也 称为SSOP；装配高度不到1.27mm 的SOP也称为TSOP。还有一种带 有散热片的SOP。
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
16
常用封装——PLCC
plastic leaded chip carrier
引脚从封装两侧引出向下呈J字形， 通常为塑料制品
引脚中心距1.27mm，引脚数从 20至40
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
15
常用封装——SOP
Small Out-Line package，小外形 封装
引脚从封装两侧引出呈海鸥翼状(L 字形)，材料有塑料和陶瓷两种。另 外也叫SOL和DFP。
埋置型3D、有源基板型3D、叠层型3D
无源器件的集成化
系统级封装
SOC: System On Chip SOP或SIP: System on a Package, System In a Package 单级集成模块（SLIM）Signal Level Integrated Module
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
7
丝球焊技术示意
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
8
TAB技术 载带引线图形
芯片凸点
内引线键合
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
9
FCB技术
1、在芯片上形成金属化层 2、在金属化层上制作钎料合金凸点 3、芯片面向下与基板上的金属化层对准 4、加热使钎料合金熔化，形成连接 5、在芯片与基板之间填充树脂 6、塑封 7、制作外引线钎料凸点
J型引脚从封装的四个侧面引 出，是塑料制品
引脚中心距1.27mm，引脚数 从18到84
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
17
常用封装—— LCCC
Leadless Ceramic Chip Carrier
无引脚，在陶瓷封装体四周 的引脚处有城堡式镀金凹槽， 可直接焊接到PCB的焊盘
PQFP、CQFP、TQFP、 BQFP……
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
19
常用封装——BGA
2011-03-02
ball grid array，球形触点陈列
在印刷基板的背面按阵列方式制作 出球形凸点作为引脚，在印刷基板 的正面装配LSI芯片，然后用模压树 脂或灌封方法进行密封
引脚可超过200，封装本体也可做得 比QFP(四侧引脚扁平封装)小，包 括PBGA、CBGA、CCGA、TBGA、 FCBGA等形式
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
10
常用封装——晶体管外壳封装
Transistor Outline
TO3、TO39、TO263、TO220
金属－玻璃封装外壳为主，后发展 为各类陶瓷、塑料封装外壳
最早开发，引脚数少
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
近代信息处理（第四讲）
——电子学基本知识（3）
刘树彬
2011.03.02
一些电子学基本知识
➢ EDA软件 ➢ PCB基本概念和制板过程及需要
➢ 电子器件封装
➢ 一些简单而重要的高速布线规则
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
2
芯片互连技术
引线键合技术：WB(Wire Bonding)，使用金线或铝线， 以热压及超声波接合
无源器件的集成化
无源器件的小型化和集成化
无源器件在Si基板上集成化
在基板内或基板上的多层布线介质内埋置无源 器件
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
40
System In a Package
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
41
SIP的优势
① 大都采用商用元器件，成本低
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
31
常用封装——M C集P成芯片较少（2～4）
兼容传统封装形式 成品率高 成本较低
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
32
未来新型封装技术
DCA（直接安装技术）：Direct Chip Attach，构成板 上芯片（COB）
三维（3D）封装技术
载带式接合：TAB (Tape Automatic Bonding)，使用金 对金热压接合
倒装焊接合：FCB (Flip Chip Bonding)，使用锡铅回流焊 或(非)导电胶固化接合
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
3
管脚数与互联技术选择
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
缺点
成品率低 价格高 散热性能差 不容易满足轻、薄、短、
小、便携等要求
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
30
常用封装——SIMM
single in-line memory module，单列存贮器组件
只在印刷基板的一个侧面附近配有电极的存贮器组件， 通常指插入插座的组件
42
圆片级封装（WLP）
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
43
改善共面性
有利于散热
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
23
翼形脚间距小易引起桥接现象
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
24
自对准效应
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
25
常用封装—— CSP
Chip Size Packaging（芯片尺寸封装）或Chip Scale Packaging（芯片级封装）
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
18
常用封装——QFP
2011-03-02
quad flat package，四侧引脚扁 平封装
引脚从四个侧面引出呈海鸥翼(L) 型。基材有陶瓷、金属和塑料三 种
脚中心距有1.0mm、0.8mm、 0.65mm、0.5mm、0.4mm、 0.3mm等多种规格。0.65mm 中 心距规格中最多引脚数为304。
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
20
BGA焊盘结构
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
21
从BGA器件布线
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
22
BGA封装的优点
失效率低
引脚牢固
焊点间距大于QFP
引脚短，改善电性能
封装密度大
具有“自对准”效应
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
27
常用封装——MCM
multi-chip module，多芯片组件
将多块半导体裸芯片组装在一块布线基板上的一种封装
根据基板材料可分为MCM－L，MCM－C和MCM－D三 大类
➢ MCM－L是使用通常玻璃环氧树脂多层印刷基板组件
➢ MCM－C是用厚膜技术形成多层布线，以陶瓷(氧化铝或玻璃陶 瓷)作为基板的组件
4
WB的分类
热压焊
超声焊
丝球焊
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
5
热压焊
Intermetallic Mass
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
6
超声焊
➢在常温下利用超声机械振动带动丝与膜进 行摩擦，使氧化膜破碎，纯净的金属表面相 互接触，通过摩擦产生的热量使金属之间发 生扩散，实现连接 ➢不必外部加热，对器件无热影响
标准SIMM有中心距为2.54mm的30电极和中心距为 1.27mm的72电极两种规格
在印刷基板的单面或双面装有用SOJ、SOP、QFP或 BGA封装的1兆位至数G位DRAM的SIMM已经在个人 计算机、工作站等设备中获得广泛应用
至少有30～40％的DRAM都装配在SIMM里
2011-03-02
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
36
埋置型3D封装
开槽型
2011-03-02
介质型
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
37
叠层型三维封装
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
38
三维封装
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
39
② 产品周期短，风险小
③ 可采用混合组装技术安装各类IC和无源器件， 内部可采用各种方式互连
④ 产品可采用混合设计技术，模拟或数字
⑤ 封装内的元器件向z方向发展，提高封装密度， 减少封装基板面积
⑥ “埋置型无源元件”可集成到各类基板中， 避免使用大量分立元件
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
塑料和陶瓷两种
DIP是最普及的插装型封装
引脚中心距2.54mm，引脚数从6到 64。封装宽度通常为15.2mm。有 的把宽度为7.52mm和10.16mm的 封装分别称为skinny DIP和slim DIP(窄体型DIP)
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
13
常用封装——PGAຫໍສະໝຸດ Baidu
Pin Grid Array Package，插针 网格阵列封装
内外有多个方阵形的插针，每个 方阵形插针沿芯片的四周间隔一 定距离排列，根据管脚数目的多 少，可以围成2～5圈
PGA
SMT-PGA
BGA
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
14
常用封装——SOJ
Small Out-Line J-Leaded Package，J形引脚小外型封装
圆片级封装
Wafer Level Package
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
33
新型封装——DCA（COB）
chip on board，板上芯片封装 是裸芯片贴装技术之一 半导体芯片直接贴装在印刷线路板上，芯片与基板的
电气互联
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
34
新型封装——DCA之FCOB
flip-chip，倒焊芯片
近于无封装，减少电路板使用面积 引脚数多 可靠性高 引脚寄生电感电容小 降低成本 有利于提高散热能力
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
35
三维（3D）封装技术
埋置型3D
有源基板型3D
叠层型3D
封装面积小于或等于芯片本身面积的120％
刚性基板CSP
封装每边的宽度比起芯片大1.0mm以内
特点：
引线框架式CSP
体积小
可容纳的引脚最多
柔性基板CSP
电性能好
散热性能优良
焊区阵列CSP
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
圆片级CSP
26
20-Lead Frame Chip Scale Package [LFCSP]
➢ MCM－D是用薄膜技术形成多层布线，以陶瓷(氧化铝或氮化铝) 或Si、Al作为基板的组件
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
28
MCM
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
29
MCM优缺点
优点
增加组装密度 缩短互连长度 减小信号延迟 减小体积 减轻重量 提高可靠性
11
常用封装——SIP
single in-line package，单列直插
常用于排电阻、厚/薄膜混合电路等
引脚从封装一个侧面引出，排列成 一条直线
引脚中心距通常为2.54mm，引脚 数从2至23
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
12
常用封装——DIP
dual in-line package，双列直插 引脚从封装两侧引出，封装材料有
引脚中心距1.27mm，引脚数从8～ 44。
引脚中心距小于1.27mm的SOP也 称为SSOP；装配高度不到1.27mm 的SOP也称为TSOP。还有一种带 有散热片的SOP。
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
16
常用封装——PLCC
plastic leaded chip carrier
引脚从封装两侧引出向下呈J字形， 通常为塑料制品
引脚中心距1.27mm，引脚数从 20至40
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
15
常用封装——SOP
Small Out-Line package，小外形 封装
引脚从封装两侧引出呈海鸥翼状(L 字形)，材料有塑料和陶瓷两种。另 外也叫SOL和DFP。
埋置型3D、有源基板型3D、叠层型3D
无源器件的集成化
系统级封装
SOC: System On Chip SOP或SIP: System on a Package, System In a Package 单级集成模块（SLIM）Signal Level Integrated Module
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
7
丝球焊技术示意
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
8
TAB技术 载带引线图形
芯片凸点
内引线键合
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
9
FCB技术
1、在芯片上形成金属化层 2、在金属化层上制作钎料合金凸点 3、芯片面向下与基板上的金属化层对准 4、加热使钎料合金熔化，形成连接 5、在芯片与基板之间填充树脂 6、塑封 7、制作外引线钎料凸点
J型引脚从封装的四个侧面引 出，是塑料制品
引脚中心距1.27mm，引脚数 从18到84
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
17
常用封装—— LCCC
Leadless Ceramic Chip Carrier
无引脚，在陶瓷封装体四周 的引脚处有城堡式镀金凹槽， 可直接焊接到PCB的焊盘
PQFP、CQFP、TQFP、 BQFP……
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
19
常用封装——BGA
2011-03-02
ball grid array，球形触点陈列
在印刷基板的背面按阵列方式制作 出球形凸点作为引脚，在印刷基板 的正面装配LSI芯片，然后用模压树 脂或灌封方法进行密封
引脚可超过200，封装本体也可做得 比QFP(四侧引脚扁平封装)小，包 括PBGA、CBGA、CCGA、TBGA、 FCBGA等形式
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
10
常用封装——晶体管外壳封装
Transistor Outline
TO3、TO39、TO263、TO220
金属－玻璃封装外壳为主，后发展 为各类陶瓷、塑料封装外壳
最早开发，引脚数少
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
近代信息处理（第四讲）
——电子学基本知识（3）
刘树彬
2011.03.02
一些电子学基本知识
➢ EDA软件 ➢ PCB基本概念和制板过程及需要
➢ 电子器件封装
➢ 一些简单而重要的高速布线规则
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
2
芯片互连技术
引线键合技术：WB(Wire Bonding)，使用金线或铝线， 以热压及超声波接合
无源器件的集成化
无源器件的小型化和集成化
无源器件在Si基板上集成化
在基板内或基板上的多层布线介质内埋置无源 器件
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
40
System In a Package
2011-03-02
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41
SIP的优势
① 大都采用商用元器件，成本低
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
31
常用封装——M C集P成芯片较少（2～4）
兼容传统封装形式 成品率高 成本较低
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
32
未来新型封装技术
DCA（直接安装技术）：Direct Chip Attach，构成板 上芯片（COB）
三维（3D）封装技术
载带式接合：TAB (Tape Automatic Bonding)，使用金 对金热压接合
倒装焊接合：FCB (Flip Chip Bonding)，使用锡铅回流焊 或(非)导电胶固化接合
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
3
管脚数与互联技术选择
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
缺点
成品率低 价格高 散热性能差 不容易满足轻、薄、短、
小、便携等要求
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
30
常用封装——SIMM
single in-line memory module，单列存贮器组件
只在印刷基板的一个侧面附近配有电极的存贮器组件， 通常指插入插座的组件
42
圆片级封装（WLP）
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
43
改善共面性
有利于散热
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
23
翼形脚间距小易引起桥接现象
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
24
自对准效应
2011-03-02
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
25
常用封装—— CSP
Chip Size Packaging（芯片尺寸封装）或Chip Scale Packaging（芯片级封装）