电子产品制造工艺电子教案第2章,从工艺角度选择和检测电子元器件（十一）

　 《从工艺角度选择和检测电子元器件（十一）》教案 教师 杨帆 课 课

　题（课时）

　从工艺角度选择和检测电子元器件（十一）(第 25-26 课时)

　授课班级 14 高职电信 授课时间 2017-10-24 授课地点 3#305 课 课

　型 新授课 教学目标 1.了解集成电路的命名及相关材料； 2.了解封装比的相关知识； 3.了解集成电路高密度封装主流形式； 教学重点

　封装比的相关知识；

　教学难点

　集成电路高密度封装主流形式； 教学资源 多媒体 教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 一、 引入新课

　上节课，我们学习了机电元件的相关内容，我们今天将要学习集成电路的相关内容。

　二、 新课讲解

　八）

　集成电路（通常称为 IC—integrated circuit）

　含义：集成电路是利用半导体工艺或厚膜、薄膜工艺，将电阻、电容、二极管、双极型晶体管、场效应晶体管等元器件按照设计要求连接起来，制作在同一片硅片上，成为具有特定功能的电路。

　这种器件打破了电路的传统概念，实现了材料、元器件、电路的三位一体，与分离元器件组成的电路相比，具有体积小、功耗低、性能好、重量轻、可靠性高、成本低等许多优点。

　1.集成电路的型号与命名 在国内，国产半导体集成电路的型号命名由五部分组成。

　2.集成电路的封装材料 集成电路的封装，按材料基本分为金属、陶瓷、塑料三类，按电极引脚分为通孔插装式及表面安装式两类。

　（1）金属封装 金属封装散热性好，电磁屏蔽好，可靠性高，，但安装不够

　分析讲解

　 理解记忆

　 方便，成本较高。这种封装形式常见于高精度集成电路或大功率器件。符合国家标准的金属封装有 T 型和 K 型两种。

　（2）陶瓷封装 采用陶瓷封装的集成电路导热好且耐高温，但成本比塑料封装高，所以一般都是高档芯片。国家标准规定的陶瓷封装集成电路可分为扁平型【W 型】和双列直插型【D 型】两种。

　（3）塑料封装 这是最常见到的封装形式，最大特点是工艺简单、成本低，因而被广泛使用。国家标准规定的塑料封装的形式，可分为扁平型（B 型）和直插型（D 型）两种。

　（4）集成电路的引脚分布和计数 集成电路是多引脚器件，在电路原理图上，引脚的位置可以根据信号的流向摆放，但在电路板上安装芯片，就必须严格按照引脚的分布位置和计数方向插装。

　集成电路的表面一般都有引脚计数起始标志：

　3.封装比的概念 几十年来，世界半导体产业的发展一直遵循着摩尔定律--每隔18 个月，大规模集成电路的制造技术就会发生这样的变化：每平方英寸面积上集成的晶体管数目将增加一倍，同时成本会下降一半。

　衡量集成电路制造技术的先进性，除了集成度（门数、最大I/O 数量）、电路技术、特征尺寸、电气性能（时钟频率、工作电压、功耗）外，还有集成电路的封装。

　所谓集成电路的封装，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，而且还是沟通芯片内部与外部电路的桥梁——芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制电路板上的导线与其他元器件建立连接。

　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。在如图所示的集成电路封装示意图里，芯片面积一般很小，而封装面积则受到引脚间距的限制，难以进一步缩小。

　集成电路的封装技术已经历经了好几代变迁，从 DIP、QFP、PGA、BGA 到 CSP 再到 MCM，芯片的封装比越来越接近 1，引脚数目增多，引脚间距减小，芯片重量减轻，功耗降低，技术指标、工作频率、耐温性能、可靠性和适用性都取得了巨大的进步。

　4.集成电路高密度封装主流形式 双列直插封装（DIP）和单列直插封装（SIP）是 20 世纪 70年代开始流行的集成电路封装形式。

　SMT 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

　讲解，并提问

　 回答老师所提问题

　 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，这种芯片常见于随机存储器(RAM)。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），有利于在插座上扩展存储容量。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。

　2.QFP 封装

　QFP 为四侧引脚扁平封装，是 SMT 集成电路主要封装形式之一，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。塑料 QFP 是最普及的多引脚LSI 封装。不仅用于微处理器，门阵列等数字逻辑 LSI 电路，而且也用于 VTR 信号处理、音响信号处理等模拟 LSI 电路。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。

　 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。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；为了减少插座的成本，PLCC 芯片也可以直接焊接在电路板上，但用手工焊接比较困难。

　PLCC 的外形有方形和矩形两种，矩形引线数分别为18、22、28、32 条；方形引线数为 16、20、24、28、44、52、68、84、100、124、156 条。PLCC 占用覆盖面积小，引线强度大，不易变形、共面性好。

　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，如微处理器单元、门阵列和存储器。

　LCCC 集成电路的芯片是全密封的，可靠性高但价格高，主要用于军用产品中，并且必须考虑器件与电路板之间的热膨胀系数是否一致的问题。

　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。由于 PQFN 具有良好的电性能和热性能，体积小、重量轻，因此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。

　PGA 封装方式是 BGA 封装的前身。它是随着大规模集成电路、特别是 CPU 的集成度迅速增加而出现的。

　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。

　Tessera 公司在 BGA 封装的基础上进行改进，研制出了称为μBGA 封装的技术。锡球中心间距为 20mil（0.5mm）的μBGA集成电路，芯片封装比达到 1:4，比 BGA 前进了一大步。

　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。由于如此高度集成的特性，芯片到引脚的距离大大缩短了，线路的阻抗显著减小，信号的衰减和干扰大幅降低。CSP封装也非常的薄，金属基板到散热体的最有效散热路径仅有0.2mm，提升了芯片的散热能力。

　 8.MCM 封装 在还不能实现把多种芯片集成到单一芯片上、达到更高的集成度之前，可以将高集成度、高性能、高可靠的 CSP 芯片和专用集成电路芯片组合在高密度的多层互联基板上，封装成为具有各种完整功能的电子组件、子系统或系统。可以把这种封装方式简单地理解为集成电路的二次集成，所制造的器件叫做多芯片组件（MCM）。

　 特点：

　①集成度高； ②MCM 封装的基板有三种类型； ③MCM 能有效缩小电子整机和组件产品的尺寸； ④可靠性大大提高。

　5.使用集成电路的注意事项 三、

　 作业

　1. 封装比的含义； 2. 简述几种常见的密集引脚封装形式； 板书设计 第 2 章 从工艺角度选择和检测电子元器件 八）集成电路（通常称为 IC—integrated circuit）

　1.集成电路的型号与命名 2.集成电路的封装材料 （1）金属封装 （2）陶瓷封装 （3）塑料封装 （4）集成电路的引脚分布和计数 3.封装比的概念 4.集成电路高密度封装主流形式 教学反思