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元器件封装形式汇总-封装形式的分类及作用是什么-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-10-24 

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元器件封装形式

元器件封装形式是半导体器件的一种封装形式。SMT所涉及的零件种类繁多,样式各异,有许多已经形成了业界通用的标准,这主要是一些芯片电容电阻等等;有许多仍在经历着不断的变化,尤其是 IC 类零件,其封装形式的变化层出不穷,令人目不暇接,传统的引脚封装正在经受着新一代封装形式(BGA、FLIP CHIP等等)的冲击,在本章里将分标准零件与 IC 类零件详细阐述。


元器件封装形式

封装形式一

封装形式


封装形式二

封装形式


封装形式三

封装形式


封装形式四

封装形式


封装形式五

封装形式


封装形式六

封装形式


封装的作用

封装(Package)对于芯片来说是必须的,也是至关重要的。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳,它不仅起着保护芯片和增强导热性能的作用,而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁和规格通用功能的作用。封装的主要作用有:

(1)物理保护

因为芯片必须与外界隔离,以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降,保护芯片表面以及连接引线等,使相当柔嫩的芯片在电气或热物理等方面免受外力损害及外部环境的影响;同时通过封装使芯片的热膨胀系数与框架或基板的热膨胀系数相匹配,这样就能缓解由于热等外部环境的变化而产生的应力以及由于芯片发热而产生的应力,从而可防止芯片损坏失效。基于散热的要求,封装越薄越好,当芯片功耗大于2W时,在封装上需要增加散热片或热沉片,以增强其散热冷却功能;5~1OW时必须采取强制冷却手段。另一方面,封装后的芯片也更便于安装和运输。

(2)电气连接

封装的尺寸调整(间距变换)功能可由芯片的极细引线间距,调整到实装基板的尺寸间距,从而便于实装操作。例如从以亚微米(目前已达到0.1 3μm以下)为特征尺寸的芯片,到以10μm为单位的芯片焊点,再到以100μm为单位的外部引脚,最后剑以毫米为单位的印刷电路板,都是通过封装米实现的。封装在这里起着由小到大、由难到易、由复杂到简单的变换作用,从而可使操作费用及材料费用降低,而且能提高工作效率和可靠性,特别是通过实现布线长度和阻抗配比尽可能地降低连接电阻,寄生电容和电感来保证正确的信号波形和传输速度。

(3)标准规格化

规格通用功能是指封装的尺寸、形状、引脚数量、间距、长度等有标准规格,既便于加工,又便于与印刷电路板相配合,相关的生产线及生产设备都具有通用性。这对于封装用户、电路板厂家、半导体厂家都很方便,而且便于标准化。相比之下,裸芯片实装及倒装目前尚不具备这方面的优势。由于组装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的印刷电路板(PCB)的设计和制造,对于很多集成电路产品而言,组装技术都是非常关键的一环。


封装的分类

半导体(包括集成电路和分立器件)其芯片的封装已经历了好几代的变迁,从DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到MCP再到SIP,技术指标一代比一代先进,包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于1,适用频率越来越高,耐温性能越来越好,引脚数增多,引脚间距减小,重量减小,可靠性提高,使用更加方便等等。封装(Package)可谓种类繁多,而且每一种封装都有其独特的地方,即它的优点和不足之处,当然其所用的封装材料、封装设备、封装技术根据其需要而有所不同。


(一)根据材料分类

1、金属封装

金属封装始于三极管封装,后慢慢地应用于直插式扁平式封装,基本上乃是金属-玻璃组装工艺。由于该种封装尺寸严格、精度高、金属零件便于大量生产,故其价格低、性能优良、封装工艺容易灵活,被广泛应用于晶体管和混合集成电路如振荡器、放大器、鉴频器、交直流转换器、滤颇器、继电器等等产品上,现在及将来许多微型封装及多芯片模块(MCM)也采用此金属封装。金属封装的种类有光电器件封装包括带光窗型、带透镜型和带光纤型;分妒器件封装包括A型、B型和C型;混合电路封装包括双列直插型和扁平型;特殊器件封装包括矩正型、多层多窗型和无磁材料型。

2、陶瓷封装

早期的半导体封装多以陶瓷封装为主,伴随着半导体器件的高度集成化和高速化的发展,电子设备的小型化和价格的降低,陶瓷封装部分地被塑料封装代替,但陶瓷封装的许多用途仍具有不可替代的功能,特别是集成电路组件工作频率的提高,信号传送速度的加快和芯片功耗的增加,需要选择低电阻率的布线导体材料,低介电常数,高导电率的绝缘材料等。陶瓷封装的种类有DIP和SIP;对大规模集成电路封装包括PGA,PLCC,QFP和BGA。

3、金属一陶瓷封装

它是以传统多层陶瓷工艺为基础,以金属和陶瓷材料为框架而发展起来的。最大特征是高频特性好而噪音低而被用于微波功率器件,如微波毫米波二极管、微波低噪声三极管、微波毫米波功率三极管。正因如此,它对封装体积大的电参数如有线电感、引线电阻、输出电容、特性阻抗等要求苛刻,故其成品率比较低;同时它必须很好地解决多层陶瓷和金属材料的不同膨胀系数问题,这样才能保证其可靠性。金属一陶瓷封装的种类有分立器件封装包括同轴型和带线型;单片微波集成电路(MMIC)封装包括载体型、多层陶瓷型和金属框架一陶瓷绝缘型。

4、塑料封装

塑料封装由于其成本低廉、工艺简单,并适于大批量生产,因而具有极强的生命力,自诞生起发展得越来越快,在封装中所占的份额越来越大。目前塑料封装在全世界范围内占集成电路市场的95%以上。在消费类电路和器件基本上是塑料封装的天下;在工业类电路中所占的比例也很大,其封装形式种类也是最多。塑料封装的种类有分立器件封装,包括A型和F型;集成电路封装包括SOP、DIP、QFP和BGA等。


(二)根据密封性分类

按封装密封性方式可分为气密性封装和树脂封装两类。他们的目的都是将晶体与外部温度、湿度、空气等环境隔绝,起保护和电气绝缘作用;同时还可实现向外散热及缓和应力。其中气密性封装可靠性较高,但价格也高,目前由于封装技术及材料的改进,树脂封占绝对优势,只是在有些特殊领域,尤其是国家级用户中,气密性封装是必不可少的。气密性封装所用到的外壳可以是金属、陶瓷玻璃,而其中气体可以是真空、氮气及惰性气体。


(三) 根据外形、尺寸、结构分类

按封装的外形、尺寸、结构分类可分为引脚插入型、表面贴装型和高级封装。

1、插入式封装

引脚插入式封装(Through-Hole Mount)。此封装形式有引脚出来,并将引脚直接插入印刷电路板(PWB)中,再由浸锡法进行波峰焊接,以实现电路连接和机械固定。由于引脚直径和间距都不能太细,故印刷电路板上的通孔直径,间距乃至布线都不能太细,而且它只用到印刷电路板的一面,从而难以实现高密度封装。它又可分为引脚在一端的封装(Single ended),引脚在两端的封装(Double ended)禾口弓I胜9矩正封装(Pin Grid Array)。

2、尺寸贴片封装(SOP)

表面贴片封装(Surface Mount)。它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。我们需要将引脚插片封装的集成电路插入PCB中,故需要在PCB中根据集成电路的引脚尺寸(FootPrint)做出专对应的小孔,这样就可将集成电路主体部分放置在.PCB板的一面,同时在PCB的另一面将集成电路的引脚焊接到PCB上以形成电路的连接,所以这就消耗了PCB板两面的空间,而对多层的PCB板而言,需要在设计时在每一层将需要专孔的地方腾出。而表面贴片封装的集成电路只须将它放置在PCB板的一面,并在它的同一面进行焊接,不需要专孔,这样就降低了PCB电路板设计的难度。表面贴片封装的主要优点是降低其本身的尺寸,从而加大了:PCB上IC的密集度。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(引脚排成矩正结构)及其它。

3、表面贴片QFP封装

四边引脚扁平封装 (QFP:Plastic Quad Flat Pockage)。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,如图4所示。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成。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。

4、表面贴片BGA封装

球型矩正封装(BGA:Ball Grid Array),见图5。日本西铁城(CitiZell)公司于1987年着手研制塑料球型矩正封装,而后摩托罗拉、康柏等公司也随即加入到开发BGA的行列。其后摩托罗拉率先将球型矩正封装应用于移动电话,同年康柏公司也在工作站、个人计算机上加以应用,接着Intel公司在计算机CPU中开始使用BGA。虽然日本公司首先研发球型矩正封装,但当时日本的一些半导体公司想依靠其高超的操作技能固守QFP不放而对BGA的兴趣不大,而美国公司对:BGA应用领域的扩展,对BGA的发展起到了推波助澜的作用。BGA封装经过十几年的发展已经进入实用化阶段,目前BGA已成为最热门封装。

5、高级封装

晶片级封装CSP(Chip Scale Package)。几年之前以上所有的封装其封装本体面积与芯片面积之比通常都是几倍到几十倍,但近几年来有些公司在BGA、TSOP的基础上加以改进而使得封装本体面积与芯片面积之比减小到接近1的水平,所以就在原来的封装名称下冠以芯片级封装以用来和以前封装的区别。就目前来看,人们对芯片级封装还没有一个统一的定义,有些公司将封装本体面积与芯片面积之比小于2的定为CSP,而有些公司将封装本体面积与芯片面积之比小于1.4或1.2的定为CSP。目前开发应用最为广泛的是FBGA和QFN等,主要用于内存件和逻辑器件。就目前来看CSP的引脚数还不可能太多,从几十到一百以上。这种高密度、小巧、扁薄的封装非常适用于设计小巧的掌上型消费类电子装置,如个人信息工具、手机、摄录一体机、以及数码相机等。


元器件封装形式-极性识别

在 SMT 零件中,可分为有极性零件与无极性零件两大类。

无极性零件:电阻、电容、排阻、排容、电感

有极性零件:二极管、钽质电容、IC

其中,无极性零件在生产中不需进行极性的识别,在此不赘述;但有极性零件之极性对产品有致命的影响,故下面将对有极性零件进行详尽的描述。

1、二极管(D):在实际生产中二极管又有很多种类别和形态,常见的有 Glass tube diode 、Green LED、Cylinder Diode 等几种。

(1)Glass tube diode:红色玻璃管一端为正极(黑色一端为负极)

(2)Green LED:一般在零件表面用一黑点或在零件背面用一正三角形作记号,零件表面黑点一端为正极(有黑色一端为负极);若在背面作标示,则正三角形所指方向为负极。

(3)、Cylinder Diode: 有白色横线一端为负极.

2、钽质电容:零件表面标有白色横线一端为正极。

3、IC:

IC 类零件一般是在零件面的一个角标注一个向下凹的小圆点,或在一端标示一小缺口来表示其极性。

4、上面说明了常见零件之极性标示,但在生产过程中,正确的极性指的是零件之极性与 PCB上标识之极性一致,一般在 PCB 上装着 IC 的位置都有很明确的极性标示,IC 零件之极性标示与 PCB 上相应标示吻合即可。


元器件封装形式-标准零件

元器件封装形式标准零件是在 SMT 发展过程中逐步形成的,主要是针对用量比较大的零件,本节只讲述常见的标准零件。目前主要有以下几种:电阻(R)、排阻(RA 或 RN)、电感(L)、陶瓷电容(C)、排容(CP)、钽质电容(C)、二极管(D)、晶体管(Q)【括号内为 PCB(印刷电路板)上之零件代码】,在 PCB 上可根据代码来判定其零件类型,一般说来,零件代码与实际装着的零件是相对应的。

1、零件规格:

(1)零件规格即零件的外形尺寸,SMT发展至今,业界为方便作业,已经形成了一个标准零件系列,各家零件供货商皆是按这一标准制造。标准零件之尺寸规格有英制与公制两种表示方法,如下表:

英制表示法:

1206 0805 0603 0402

公制制表示法 :

3216 2125 1608 1005

含义:

L: 0.12 inch (3.2mm) W: 0.06 inch (1.6mm)

L: 0.08 inch (2.0mm) W: 0.05 inch (1.25mm)

L: 0.06 inch (1.6mm) W: 0.03 inch (0.8mm)

L: 0.04 inch (1mm) W: 0.02 inch (0.5mm)

注:a、L(Length):长度, W(Width):宽度, inch:英寸;

b、1inch=25.4mm。

(2)在(1)中未提及零件的厚度,在这一点上因零件不同而有所差异,在生产时应以实际量测为准。

(3)以上所讲的主要是针对电子产品中用量最大的电阻(排阻)和电容(排容),其它如电感、二极管、晶体管等等因用量较小,且形状也多种多样,在此不作讨论。

(4)SMT 发展至今,随着电子产品集成度的不断提高,标准零件逐步向微型化发展,如今最小的标准零件已经到了0201。


IC零件

IC 为 Integrated Circuit(集成电路块)之英文缩写,业界一般以 IC 的封装形式来划分其类型,传统 IC 有 SOP、SOJ、QFP、PLCC 等等,现在比较新型的 IC 有 BGA、CSP、FLIP CHIP 等等,这些零件类型因其 PIN (零件脚)的多寡大小以及 PIN 与 PIN 之间的间距不一样,而呈现出各种各样的形状,在本节我们将讲述每种 IC 的外形及常用称谓等。

基本 IC类型

(1)、SOP(Small outline Package):零件两面有脚,脚向外张开(一般称为鸥翼型引脚).

(2)、SOJ(Small outline J-lead Package):零件两面有脚,脚向零件底部弯曲(J 型引脚)。

(3)、QFP(Quad Flat Package):零件四边有脚,零件脚向外张开。

(4)、PLCC(Plastic Leadless Chip Carrier):零件四边有脚,零件脚向零件底部弯曲。

(5)、BGA(Ball Grid Array):零件表面无脚,其脚成球状矩阵排列于零件底部。

(6)、CSP(CHIP SCAL PACKAGE):零件尺寸包装。

IC 称谓

在业界对 IC 的称呼一般采用“类型+PIN 脚数”的格式,如:SOP14PIN、SOP16PIN、SOJ20PIN、QFP100PIN、PLCC44PIN 等等。


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