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封装如何制成图文详解-常见MOS管封装大全引脚图及引脚顺序-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-12-01 

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什么是封装

封装,即隐藏对象的属性和实现细节,仅对外公开接口,控制在程序中属性的读和修改的访问级别;将抽象得到的数据和行为(或功能)相结合,形成一个有机的整体,也就是将数据与操作数据的源代码进行有机的结合,形成“类”,其中数据和函数都是类的成员。在电子方面,封装是指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接。


在面向对象编程中,封装(encapsulation)是将对象运行所需的资源封装在程序对象中——基本上,是方法和数据。对象是“公布其接口”。其他附加到这些接口上的对象不需要关心对象实现的方法即可使用这个对象。这个概念就是“不要告诉我你是怎么做的,只要做就可以了。”对象可以看作是一个自我包含的原子。对象接口包括了公共的方法和初始化数据。


分封装如何制成

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。


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。

封装

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)。(Source :左图 Wikipedia、右图 Wikipedia)


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。

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。(Source: 左图 Wikipedia)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,在各大财经杂誌上皆可发现 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。

封装

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。(Source:Apple 官网)


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。

封装


Apple Watch 中采用 SiP 封装的 S1 芯片内部配置图。(Source:chipworks)


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。


其他封装
标准封装规格TO封装

TO(Transistor Out-line)的中文意思是“晶体管外形”。这是早期的封装规格,例如TO-92,TO-92L,TO-220,TO-252等等都是插入式封装设计。近年来表面贴装市场需求量增大,TO封装也进展到表面贴装式封装。


TO252和TO263就是表面贴装封装。其中TO-252又称之为D-PAK,TO-263又称之为D2PAK。


D-PAK封装的MOSFET有3个电极,栅极(G)、漏极(D)、源极(S)。其中漏极(D)的引脚被剪断不用,而是使用背面的散热板作漏极(D),直接焊接在PCB上,一方面用于输出大电流,一方面通过PCB散热。所以PCB的D-PAK焊盘有三处,漏极(D)焊盘较大。


封装TO-252引脚图

芯片封装流行的还是双列直插封装,简称DIP(Dual ln-line Package)。DIP封装在当时具有适合PCB(印刷电路板)的穿孔安装,具有比TO型封装易于对PCB布线以及操作较为方便等一些特点,其封装的结构形式也很多,包括多层陶瓷双列直插式DIP,单层陶瓷双列直插式DIP,引线框架式DIP等等。常用于功率晶体管、稳压芯片的封装。

封装


SOT封装

SOT(Small Out-Line Transistor)小外形晶体管封装。这种封装就是贴片型小功率晶体管封装,比TO封装体积小,一般用于小功率MOSFET。常见的规格如上。

主板上常用四端引脚的SOT-89 MOSFET。

封装

封装


SOP封装

SOP(Small Out-Line Package)的中文意思是“小外形封装”。SOP是表面贴装型封装之一,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。SOP也叫SOL 和DFP。SOP封装标准有SOP-8、SOP-16、SOP-20、SOP-28等等,SOP后面的数字表示引脚数。MOSFET的SOP封装多数采用SOP-8规格,业界往往把“P”省略,叫SO(Small Out-Line )。

封装


SO-8采用塑料封装,没有散热底板,散热不良,一般用于小功率MOSFET。


SO-8是PHILIP公司首先开发的,以后逐渐派生出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)等标准规格。

这些派生的几种封装规格中,TSOP和TSSOP常用于MOSFET封装。

封装

QFN(Quad Flat Non-leaded package)是表面贴装型封装之一,中文叫做四边无引线扁平封装,是一种焊盘尺寸小、体积小、以塑料作为密封材料的新兴表面贴装芯片封装技术。现在多称为LCC。QFN是日本电子机械工业会规定的名称。封装四边配置有电极接点,由于无引线,贴装占有面积比QFP小,高度比QFP低。这种封装也称为LCC、PCLC、P-LCC等。QFN本来用于集成电路的封装,MOSFET不会采用的。Intel提出的整合驱动与MOSFET的DrMOS采用QFN-56封装,56是指在芯片背面有56个连接Pin。


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