文章來源：學(xué)習(xí)那些事

原文作者：前路漫漫

本文對(duì)傳統(tǒng)封裝形式做了簡(jiǎn)單的介紹。

概述

微電子封裝技術(shù)每15年左右更新迭代一次。1955年起，晶體管外形（TO）封裝成為主流，主要用于封裝晶體管和小規(guī)模集成電路，引腳數(shù)3 - 12個(gè)。1965年，雙列直插式封裝興起，引腳數(shù)增至6 - 64個(gè)，間距2.54mm。1980年，表面貼裝技術(shù)取代通孔插裝技術(shù)，小外形封裝、四邊引腳扁平封裝等形式涌現(xiàn)，引腳數(shù)擴(kuò)展到3 - 300個(gè)，間距1.27 - 0.4mm 。1995年后，BGA封裝成為主流。2010年起，晶圓級(jí)封裝等先進(jìn)封裝技術(shù)蓬勃發(fā)展。

本文將簡(jiǎn)單介紹在 BGA 封裝技術(shù)普及之前，傳統(tǒng)封裝技術(shù)的典型代表形式及其技術(shù)特點(diǎn)。

晶體管外形封裝

晶體管外形封裝是早期晶體管及小規(guī)模集成電路的直插式封裝形式，按外殼材質(zhì)分為金屬、陶瓷和塑料三類，能滿足器件基本電氣和保護(hù)需求。

單列直插式封裝

單列直插式封裝適用于引腳少的場(chǎng)景，引腳從一側(cè)引出排成直線，中心距為2.54mm或1.27mm ，便于電路板設(shè)計(jì)制造。

雙列直插式封裝

雙列直插式封裝（DIP）誕生于20世紀(jì)60年代，是中小規(guī)模IC芯片常用封裝。引腳數(shù)4 - 64個(gè)，分為陶瓷（CDIP）和塑料（PDIP）兩種材質(zhì)，I/O引腳節(jié)距1.78mm或2.54mm。它適配PCB通孔插裝，利于布線，可直接焊接或通過插座連接。

1.陶瓷熔封雙列直插式封裝（CerDIP）

由日立公司在1967年左右開發(fā)，采用低熔點(diǎn)玻璃密封，引線節(jié)距2.54mm。通過陶瓷制備、玻璃印刷、引線框架嵌入、芯片鍵合、焊線、密封和引腳處理完成封裝。該工藝成本低，曾占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)，但因體積大已逐漸被替代。

2.多層陶瓷雙列直插式封裝

生瓷片采用流延法制備，經(jīng)裁切、通孔加工、金屬化、層壓、熱切等工序，再經(jīng)排膠、高溫?zé)坪捅砻嫣幚硗瓿赏鈿ぶ谱?。相比CerDIP，它可通過優(yōu)化布線提升電性能，如降低電感、減少串?dāng)_和控制阻抗。

3.塑料雙列直插式封裝

塑料雙列直插式封裝（PDIP）是以環(huán)氧樹脂模塑料作為包封材料的DIP封裝形式，屬于典型的傳統(tǒng)塑料封裝工藝。其制造流程通常包含芯片固晶、引線鍵合、注塑成型、去飛邊、后固化等多個(gè)環(huán)節(jié)。通過將芯片固定在引線框架上，利用金屬絲鍵合實(shí)現(xiàn)芯片與引腳的電氣連接，再經(jīng)過模塑料注塑完成整體封裝。這種封裝形式憑借成本低、工藝成熟、良品率高的特點(diǎn)，在20世紀(jì)80 - 90年代廣泛應(yīng)用于計(jì)算器、家電控制板等中小規(guī)模集成電路產(chǎn)品中。不過隨著電子產(chǎn)品向小型化、輕薄化發(fā)展，PDIP因體積較大、引腳間距寬等局限性，逐漸被表面貼裝封裝形式所取代，但在一些對(duì)成本敏感、性能要求不高的低端電子產(chǎn)品中仍有應(yīng)用。

針柵陣列封裝

針柵陣列封裝（PGA）是為應(yīng)對(duì)高I/O數(shù)量與有限封裝面積之間矛盾而誕生的插裝型引腳陣列封裝技術(shù)，與之類似的還有球柵陣列封裝（BGA）和觸點(diǎn)陣列封裝（LGA）。

PGA主要分為陶瓷PGA（CPGA）和塑料PGA（PPGA）兩種類型，CPGA常用于對(duì)可靠性、散熱性能和電氣性能要求較高的高端處理器、服務(wù)器芯片等領(lǐng)域。例如，一些早期的大型計(jì)算機(jī)、高端工作站的處理器常采用 CPGA 封裝。PPGA則更多地應(yīng)用于普通個(gè)人電腦的處理器、消費(fèi)類電子產(chǎn)品的芯片等領(lǐng)域。這些領(lǐng)域?qū)Τ杀据^為敏感，同時(shí)對(duì)散熱性能和電氣性能的要求也相對(duì)較低。PGA外形一般呈方形或長方形，在封裝體底面以陣列形式排布插針型引腳，常見的引腳中心距規(guī)格為2.54mm和1.27mm。在實(shí)際應(yīng)用中，PGA可通過通孔插裝方式直接焊接到電路板上，也可以插入專用的PGA插座實(shí)現(xiàn)與電路系統(tǒng)的連接。自Intel 80486芯片開始，配套出現(xiàn)了ZIF（Zero Insertion Force Socket，零插拔力插座），這種插座允許PGA封裝的CPU在無壓力狀態(tài)下插入和拔出，極大地提高了安裝的便利性和可靠性。PGA的引腳數(shù)量根據(jù)不同應(yīng)用需求，從64個(gè)到上千個(gè)不等，例如AMD公司的Ryzen系列處理器采用的AM4接口PGA封裝，能夠容納多達(dá)1331個(gè)引腳，有效滿足了高性能芯片復(fù)雜的信號(hào)傳輸需求 。

小外形晶體管封裝

小外形晶體管（SOT）封裝作為最早一批實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的表面貼裝有源器件封裝形式，采用塑料材質(zhì)進(jìn)行封裝，一般具有3 - 5個(gè)引腳，具有體積小、重量輕、安裝便捷等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、便攜式播放器等消費(fèi)類電子產(chǎn)品的電源管理、信號(hào)放大等電路模塊中。最常見的SOT封裝類型為SOT23，其外形呈扁平狀，三個(gè)引腳分布在封裝體兩側(cè)；此外，還衍生出SOT89、SOT143等多種類型。SOT89封裝通常用于功率晶體管，具有更大的散熱面積；SOT143則適用于高頻信號(hào)處理，具備更好的電氣性能。值得注意的是，在實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，TO - 92封裝有時(shí)也會(huì)被部分廠商歸為SOT54，這主要是因?yàn)閮烧咴谕庑纬叽绾鸵_布局上存在一定相似性，體現(xiàn)了封裝命名在實(shí)際使用中的靈活性和交叉性。

小外形封裝

隨著電子技術(shù)對(duì)封裝密度和集成度要求的不斷提高，表面貼裝技術(shù)（SMT）逐漸興起，小外形封裝（SOP）便是早期SMT封裝的典型代表。SOP封裝是在雙列直插式封裝（DIP）基礎(chǔ)上發(fā)展而來，為適應(yīng)SMT工藝對(duì)引腳結(jié)構(gòu)和間距的要求，將引腳向外彎曲成海鷗翼形狀，并縮小引腳間距和封裝尺寸。為進(jìn)一步提高電路板組裝密度，在SOP基礎(chǔ)上又發(fā)展出了SOJ（Small Outline J - lead）封裝，其將引腳向內(nèi)彎曲成J形，使得封裝在印刷電路板（PWB）上占用的面積更小。SOP與SOJ封裝的引腳節(jié)距常見規(guī)格有1.27mm、1.0mm、0.65mm等，引腳數(shù)量范圍通常在8 - 86個(gè)之間。在引線框架材料選擇上，早期多采用可伐合金、42鐵鎳合金，這些材料與芯片的熱膨脹系數(shù)較為匹配，能夠有效降低因熱失配產(chǎn)生的應(yīng)力；而隨著技術(shù)發(fā)展，Cu合金憑借其優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和良好的柔韌性，逐漸成為SOP和SOJ引線框架的主流材料。此外，SOP還衍生出窄節(jié)距SSOP、薄型TSOP等多種變種，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)封裝尺寸和性能的需求，部分廠商也會(huì)使用SOIC這一別名來指代SOP類型封裝。

四邊扁平封裝

20世紀(jì)80年代，為滿足大規(guī)模集成電路高引腳數(shù)需求，日本研發(fā)出四邊扁平封裝（QFP）。作為表面貼裝型封裝，它將雙排引腳擴(kuò)展為四邊布局，顯著提升引腳數(shù)量與布線密度。QFP主要分為塑料QFP（PQFP）和陶瓷QFP（CQFP），其引腳多為海鷗翼形；若引腳改為J形，則演變?yōu)镼FJ封裝，典型代表是PLCC（塑料有引線片式載體）。

PQFP因工藝簡(jiǎn)單、成本低應(yīng)用廣泛，引腳節(jié)距常見1.0mm、0.8mm、0.65mm；薄型TQFP進(jìn)一步降低厚度，引腳節(jié)距更精細(xì)。CQFP常用于軍事、航空航天等對(duì)可靠性要求極高的領(lǐng)域，用于氣密型封裝 。PLCC引腳間距1.27mm，引腳數(shù)20 - 84個(gè)，可直接焊接或通過插座安裝。

QFP

QFJ

無引腳封裝

四邊扁平無引腳封裝（QFN）是新型表面貼裝封裝，外形呈方形或長方形，側(cè)邊設(shè)導(dǎo)電焊盤，無傳統(tǒng)引腳。底部中央的大面積裸焊盤用于高效散熱，分為塑料PQFN和陶瓷CQFN（又稱陶瓷無引腳片式載體LCC）。

QFN的外引腳和散熱焊盤通過半刻蝕形成，相比QFP，它封裝緊湊、引腳不易損壞，電性能優(yōu)異且散熱良好，成本也較低。以32引腳的QFN與28引腳PLCC對(duì)比，QFN在面積、厚度、質(zhì)量和寄生效應(yīng)等方面均有顯著優(yōu)化，廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等小型高性能電子產(chǎn)品 。

載帶自動(dòng)焊封裝

載帶自動(dòng)焊（TAB，Tape Automated Bonding）封裝是一種先進(jìn)的集成電路封裝技術(shù)，采用專用工藝將芯片精準(zhǔn)安置于經(jīng)金屬化處理的特制載帶上。此類載帶多以聚酰亞胺等高分子材料為基底，通過光刻、刻蝕等工藝在表面形成與芯片引腳匹配的金屬布線圖案。在實(shí)際封裝作業(yè)時(shí)，借助熱壓焊、超聲焊或熱超聲焊等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)芯片電極與載帶金屬布線間的穩(wěn)固電氣連接。與傳統(tǒng)封裝方式相比，TAB封裝具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：其一，能夠?qū)崿F(xiàn)極小的引腳間距，充分滿足高密度互連的技術(shù)要求；其二，高度適配自動(dòng)化生產(chǎn)流程，可達(dá)成芯片的高速組裝，顯著提高生產(chǎn)效率；其三，封裝成品輕薄，契合便攜式電子設(shè)備對(duì)輕量化、小型化的嚴(yán)苛設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。憑借這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)，TAB封裝在液晶顯示驅(qū)動(dòng)芯片、5G通信芯片等對(duì)性能和空間要求較高的領(lǐng)域中。

TAB封裝示意圖