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      芯片的封裝是怎樣的

      編輯:中奧載帶 時間: 2020-10-27 09:50 瀏覽量: 27


      告訴你什么是封裝

      經過漫長的流程,從設計到制造,終于獲得一顆IC芯片了。然而一顆芯片相當小且薄,如果不在外施加保護,會被輕易的刮傷損壞。此外,因為芯片的尺寸微小,如果不用一個較大尺寸的外殼,將不易以人工安置在電路板上。因此,本文接下來要針對封裝加以描述介紹。

      目前常見的封裝有兩種,一種是電動玩具內常見的,黑色長得像蜈蚣的DIP封裝,另一為購買盒裝CPU時常見的BGA封裝。至于其他的封裝法,還有早期CPU使用的PGAPin Grid Array;Pin Grid Array)或是DIP的改良版QFP塑料方形扁平封裝)等。因為有太多種封裝法,以下將對DIP以及BGA封裝做介紹。


      傳統封裝,歷久不衰

      首先要介紹的是雙排直立式封裝(Dual Inline Package;DIP,從下圖可以看到采用此封裝的IC芯片在雙排接腳下,看起來會像條黑色蜈蚣,讓人印象深刻,此封裝法為最早采用的IC封裝技術,具有成本低廉的優勢,適合小型且不需接太多線的芯片。但是,因為大多采用的是塑料,散熱效果較差,無法滿足現行高速芯片的要求。因此,使用此封裝的,大多是歷久不衰的芯片,如下圖中的OP741,或是對運作速度沒那么要求且芯片較小、接孔較少的IC芯片。

       

       OP741

        ▲ 左圖的IC芯片為OP741,是常見的電壓放大器。右圖為它的剖面圖,這個封裝是以金線將芯片接到金屬接腳(Leadframe)。


      至于球格陣列(Ball Grid Array,BGA封裝,和DIP相比封裝體積較小,可輕易的放入體積較小的裝置中。此外,因為接腳位在芯片下方,和DIP相比,可容納更多的金屬接腳

      相當適合需要較多接點的芯片。然而,采用這種封裝法成本較高且連接的方法較復雜,因此大多用在高單價的產品上。


      BGA封裝

        ▲ 左圖為采用 BGA 封裝的芯片。右圖為使用覆晶封裝的 BGA 示意圖。


      行動裝置興起,新技術躍上舞臺

      然而,使用以上這些封裝法,會耗費掉相當大的體積。像現在的行動裝置、穿戴裝置等,需要相當多種元件,如果各個元件都獨立封裝,組合起來將耗費非常大的空間,因此目前有兩種方法,可滿足縮小體積的要求,分別為SoCSystem On Chip)以及SiPSystem In Packet)。

      在智慧型手機剛興起時,在各大財經雜志上皆可發現SoC這個名詞,然而SoC究竟是什么東西?簡單來說,就是將原本不同功能的IC,整合在一顆芯片中。藉由這個方法,不單可以縮小體積,還可以縮小不同IC間的距離,提升芯片的計算速度。至于制作方法,便是在IC設計階段時,將各個不同的IC放在一起,再透過先前介紹的設計流程,制作成一張光罩。

      然而,SoC并非只有優點,要設計一顆SoC需要相當多的技術配合。IC芯片各自封裝時,各有封裝外部保護,且ICIC間的距離較遠,比較不會發生交互干擾的情形。但是,當將所有IC都包裝在一起時,就是噩夢的開始。IC設計廠要從原先的單純設計IC,變成了解并整合各個功能的IC,增加工程師的工作量。此外,也會遇到很多的狀況,像是通訊芯片的高頻訊號可能會影響其他功能的IC等情形。

      此外,SoC還需要獲得其他廠商的IPintellectual property)授權,才能將別人設計好的元件放到SoC中。因為制作SoC需要獲得整顆IC的設計細節,才能做成完整的光罩,這同時也增加了SoC的設計成本?;蛟S會有人質疑何不自己設計一顆就好了呢?因為設計各種IC需要大量和該IC相關的知識,只有像Apple這樣多金的企業,才有預算能從各知名企業挖角頂尖工程師,以設計一顆全新的 IC,透過合作授權還是比自行研發劃算多了。


      折衷方案,SiP 現身

      作為替代方案,SiP躍上整合芯片的舞臺。和SoC不同,它是購買各家的IC,在最后一次封裝這些IC,如此便少了IP授權這一步,大幅減少設計成本。此外,因為它們是各自獨立的IC,彼此的干擾程度大幅下降。

       

       Apple Watch芯片

      Apple Watch采用SiP技術將整個電腦架構封裝成一顆芯片,不單滿足期望的效能還縮小體積,讓手錶有更多的空間放電池。

      采用SiP技術的產品,最著名的非 Apple Watch 莫屬。因為Watch的內部空間太小,它無法采用傳統的技術,SoC 的設計成本又太高SiP成了首要之選。藉由SiP技術,不單可縮小體積,還可拉近各個IC間的距離,成為可行的折衷方案。下圖便是 Apple Watch 芯片的結構圖,可以看到相當多的IC包含在其中。

       

       S1芯片內部

      Apple Watch 中采用SiP封裝的 S1 芯片內部配置圖。

      完成封裝后,便要進入測試的階段,在這個階段便要確認封裝完的IC是否有正常的運作,正確無誤之后便可出貨給組裝廠,做成我們所見的電子產品。至此,半導體產業便完成了整個生產的任務。



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