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元器件科普之IC芯片是若何进行封装的_芯片_相当

落叶飘零 2024-09-05 14:10:48 0

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目前常见的封装有两种,一种是电动玩具内常见的,玄色长得像蜈蚣的 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 利用的 PGA(Pin Grid Arrayin Grid Array)或是 DIP 的改良版 QFP(塑料方形扁平封装)等。
由于有太多种封装法,以下将对 DIP 以及 BGA 封装做先容。

传统封装,经久不衰

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首先要先容的是双排直立式封装(Dual Inline Package;DIP),从下图可以看到采取此封装的 IC 芯片在双排接脚下,看起来会像条玄色蜈蚣,让人印象深刻,此封装法为最早采取的 IC 封装技能,具有本钱低廉的上风,适宜小型且不需接太多线的芯片。
但是,由于大多采取的是塑料,散热效果较差,无法知足现行高速芯片的哀求。
因此,利用此封装的,大多是经久不衰的芯片,如下图中的 OP741,或是对运作速率没那么哀求且芯片较小、接孔较少的 IC 芯片。

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(图片来自网络侵删)

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,这个封装因此金线将芯片接到金属接脚(Leadframe)

至于球格数组(Ball Grid Array,BGA)封装,和 DIP 比较封装体积较小,可轻易的放入体积较小的装置中。
此外,由于接脚位在芯片下方,和 DIP 比较,可容纳更多的金属接脚,

相称适宜须要较多接点的芯片。
然而,采取这种封装法本钱较高且连接的方法较繁芜,因此大多用在高单价的产品上。

左图为采取 BGA 封装的芯片,主流的 X86 CPU 大多利用这种封装法。
右图为利用覆晶封装的 BGA 示意图。

行动装置兴起,新技能跃上舞台

然而,利用以上这些封装法,会耗费掉相称大的体积。
像现在的行动装置、穿着装置等,须要相称多种组件,如果各个组件都独立封装,组合起来将耗费非常大的空间,因此目前有两种方法,可知足缩小体积的哀求,分别为 SoC(System On Chip)以及 SiP(System In Packet)。

在智能型手机刚兴起时,在各大财经杂志上皆可创造 SoC 这个名词,然而 SoC 究竟是什么东西?大略来说,便是将原来不同功能的 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 间的间隔,提升芯片的打算速率。
至于制作方法,便是在 IC 设计韶光时,将各个不同的 IC 放在一起,再透过先前先容的设计流程,制作成一张光罩。

然而,SoC 并非只有优点,要设计一颗 SoC 须要相称多的技能合营。
IC 芯片各自封装时,各有封装外部保护,且 IC 与 IC 间的间隔较远,比较不会发生交互滋扰的环境。
但是,当将所有 IC 都包装在一起时,便是噩梦的开始。
IC 设计厂要从原来的纯挚设计 IC,变成理解并整合各个功能的 IC,增加工程师的事情量。
此外,也会碰着很多的状况,像是通讯芯片的高频讯号可能会影响其他功能的 IC 等环境。

此外,SoC 还须要得到其他厂商的 IP(intellectual property)授权,才能将别人设计好的组件放到 SoC 中。
由于制作 SoC 须要得到整颗 IC 的设计细节,才能做成完全的光罩,这同时也增加了 SoC 的设计本钱。
或许会有人质疑何不自己设计一颗就好了呢?由于设计各种 IC 须要大量和该 IC 干系的知识,只有像 Apple 这样多金的企业,才有预算能从各有名企业挖角顶尖工程师,以设计一颗全新的 IC,透过互助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,在末了一次封装这些 IC,如此便少了 IP 授权这一步,大幅减少设计本钱。
此外,由于它们是各自独立的 IC,彼此的滋扰程度大幅低落。
采取 SiP 技能的产品,最著名的非 Apple Watch 莫属。
由于 Watch 的内部空间太小,它无法采取传统的技能,SoC 的设计本钱又太高,SiP 成了紧张之选。
藉由 SiP 技能,不单可缩小体积,还可拉近各个 IC 间的间隔,成为可行的折衷方案。
下图便是 Apple Watch 芯片的构造图,可以看到相称多的 IC 包含在个中。

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,精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,半导体家当便完成了全体生产的任务。

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