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2.6 表面组装集成电路
2.6.1 SMD封装综述
集成电路的封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用。
1.电极形式
表面组装器件SMD的I/O电极有两种形式：无引脚和有引脚。无引脚形式有LCCC、PQFN等，有引脚器件的引脚形状有翼形、钩形（J形）和球形三种。翼形引脚用于SOT／SOP／QFP封装，钩形（J形）引脚用于SOJ／PLCC封装，球形引脚用于BGA／CSP／Flip Chip封装。
翼形引脚的特点：
符合引脚薄而窄以及小间距的发展趋势，特点是焊接容易，可采用包括热阻焊在内的各种焊接工艺来进行焊接，工艺检测方便，但占用面积较大，在运输和装卸过程中容易损坏引脚。
钩形引脚的特点：
引线呈“J”形，空间利用率比翼形引脚高，它可以用除热阻焊外的大部分再流焊进行焊接，比翼形引脚坚固。由于引脚具有一定的弹性，可缓解安装和焊接的应力，防止焊点断裂。
2.封装材料
金属封装:金属材料可以冲压，因此有封装精度高，尺寸严格，便于大量生产，价格低廉等优点。
陶瓷封装:陶瓷材料的电气性能优良，适用于高密度封装。
金属—陶瓷封装:兼有金属封装和陶瓷封装的优点。
塑料封装:塑料的可塑性强，成本低廉，工艺简单，适合大批量生产。
4.芯片的基板类型
基板的作用是搭载和固定裸芯片，同时兼有绝缘、导热、隔离及保护作用，它是芯片内外电路连接的桥梁。从材料上看，基板有有机和无机之分，从结构上看，基板有单层的、双层的、多层的和复合的。
5.封装比
评价集成电路封装技术的优劣，一个重要指标是封装比
封装比=芯片面积/封装面积
这个比值越接近1越好。
图2-30 常用半导体器件的封装形式及特点
2.6.2 集成电路的封装形式
1.SO封装
引线比较少的小规模集成电路大多采用这种小型封装。SO封装又分为几种，芯片宽度小于0.15 in，电极引脚数目比较少的(一般在8～40脚之间)，叫做SOP封装；宽度在0.25 in以上，电极引脚数目在44以上的，叫做SOL封装，芯片宽度在0.6 in以上，电极引脚数目在44以上的，叫做SOW封装。有些SOP封装采用小型化或薄型化封装，分别叫做SSOP封装和TSOP封装。大多数SO封装的引脚采用翼形电极，也有一些存储器采用J形电极（称为SOJ），SO封装的引脚间距有1.27 mm、1.0 mm、0.8 mm、0.65 mm和0.5 mm几种。
图2-31 SOP的翼形引脚和“J”形引脚封装结构
2.QFP封装
QFP为四侧引脚扁平封装，引脚从四个侧面引出呈翼(L)型。基材有陶瓷、金属和塑料三种，塑料封装占绝大部分。当没有特别表示出材料时，多数情况为塑料QFP。引脚中心距有1.0mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm 等多种规格，引脚间距最小极限是0.3mm，最大是1.27 mm。0.65mm 中心距规格中最多引脚数为304。
为了防止引脚变形，现已出现了几种改进的QFP 品种。如封装的四个角带有树指缓冲垫（角耳）的BQFP，它是在封装本体的四个角设置突起，以防止在运送或操作过程中引脚发生弯曲变形。
图2-32 常见的QFP封装的集成电路
a) QFP封装集成电路实物 b) QFP封装的一般形式 c) BQFP封装
3.PLCC封装
PLCC是集成电路的有引脚塑封芯片载体封装，它的引脚向内钩回，叫作钩形(J形)电极，电极引脚数目为16～84个，间距为1.27 mm，其外观与封装结构如图2-33所示。PLCC封装的集成电路大多是可编程的存储器。芯片可以安装在专用的插座上，容易取下来对其中的数据进行改写。
图2-33 PLCC的封装结构
a) 实物外观 b) 插座 c)封装结构
4.LCCC封装
LCCC是陶瓷芯片载体封装的SMD集成电路中没有引脚的一种封装；芯片被封装在陶瓷载体上，外形有正方形和矩形两种，无引线的电极焊端排列在封装底面上的四边，电极数目正方形分别为16、20、24、28、44、52、68、84、100、124和156个，矩形分别为18、22、28和32个。引脚间距有1.0mm和1.27mm两种。
LCCC引出端子的特点是在陶瓷外壳侧面有类似城堡状的金属化凹槽和外壳底面镀金电极相连，提供了较短的信号通路，电感和电容损耗较低，可用于高频工作状态。
图2-35 LCCC封装的集成电路
a) 结构 b)外形
5.PQFN封装
PQFN是一种无引脚封装，呈正方形或矩形，封装底部中央位置有一个大面积裸露焊盘，提高了散热性能。围绕大焊盘的封装外围四周有实现电气连接的导电焊盘。由于PQFN封装不像SOP、QFP等具有翼形引脚，其内部引脚与焊盘之间的导电路径短，自感系数及封装体内的布线电阻很低，所以它能提供良好的电性能。PQFN非常适合应用在手机、数码相机、PDA、DV、智能卡及其他便携式电子设备等高密度产品中。
6.BGA封装
BGA封装即球栅阵列封装，是将原来器件PLCC／QFP封装的J形或翼形电极引脚，改变成球形引脚；把从器件本体四周“单线性”顺序引出的电极，变成本体底面之下“全平面”式的格栅阵排列。这样，既可以疏散引脚间距，又能够增加引脚数目。焊球阵列在器件底面可以呈完全分布或部分分布。
7.CSP封装
CSP为芯片尺寸级封装的意思。是BGA进一步微型化的产物，做到裸芯片尺寸有多大，封装尺寸就有多大。即封装后的IC尺寸边长不大于芯片的1.2倍，IC面积只比晶粒（Die）大不超过1.4倍。CSP封装可以让芯片面积与封装面积之比超过1：1.14，已经非常接近于1：1的理想情况。
在相同的芯片面积下，CSP所能达到的引脚数明显的要比TSOP、BGA引脚数多的多。TSOP最多为304根引脚，BGA的引脚极限能达到600根，而CSP理论上可以达到1000根。
CSP封装的内存
2.7 表面组装元器件的包装
表面组装元器件的包装有编带、散装、管装和托盘四种类型。
1.散装
无引线且无极性的SMC元件可以散装，例如一般矩形、圆柱形电容器和电阻器。散装的元件成本低，但不利于自动化设备拾取和贴装。
2.盘状编带包装
编带包装适用于除大尺寸QFP、PLCC、LCCC芯片以外的其他元器件，其具体形式有纸编带、塑料编带和粘接式编带三种。
（1）纸质编带。纸质编带由底带、载带、盖带及绕纸盘（带盘）组成。载带上圆形小孔为定位孔，以供供料器上齿轮驱动；矩形孔为承料腔，用来放置元件。
用纸质编带进行元器件包装的时候，要求元件厚度与纸带厚度差不多，纸质编带不可太厚，否则供料器无法驱动，因此，纸编带主要用于包装0805规格（含）以下的片状电阻、片状电容（有少数例外）。纸带一般宽8 mm，包装元器件以后盘绕在塑料绕纸盘上。
(2)塑料编带。塑料编带与纸质编带的结构尺寸大致相同，所不同的是料盒呈凸形。塑料编带包装的元器件种类很多，有各种无引线元件、复合元件、异形元件、SOT晶体管、引线少的SOP／QFP集成电路等。
纸编带和塑料编带的一边有一排定位孔，用于贴片机在拾取元器件时引导纸带前进并定位。定位孔的孔距为4 mm(小于0402系列的元件的编带孔距为2 mm)。在编带上的元器件间距依元器件的长度而定，一般为4 mm的倍数。
图2-39 塑料编带结构与尺寸
3.管式包装
管式包装主要用于SOP、SOJ、PLCC集成电路、PLCC插座和异形元件等，从整机产品的生产类型看，管式包装适合于品种多、批量小的产品。
包装管（也称料条）由透明或半透明的聚乙烯（PVC polyvinylchloride）材料构成，挤压成满足要求的标准外形。管式包装的每管零件数从数十颗到近百颗不等，管中组件方向具有一致性，不可装反。
图2-40 管式包装
4.托盘包装
托盘由碳粉或纤维材料制成（华夫盘），用于要求暴露在高温下的元件托盘通常具有150℃或更高的耐温。托盘铸塑成矩形标准外形，包含统一相间的凹穴矩阵。凹穴托住元件，提供运输和处理期间对元件的保护。间隔为在电路板装配过程中用于贴装的标准工业自动化设备提供准确的元件位置。元件安排在托盘内，标准的方向是将第一引脚放在托盘斜切角落。
托盘包装主要用于QFP、窄间距SOP、PLCC、BCA集成电路等器件。
图2-41 华夫盘

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