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在测试半导体封装领域具有国际先进水平,体量位居世界前三。和美国之间没有代沟。;的技术和世界一流水平。是集成电路三大环节中最好的一个,发展速度明显高于其他竞争对手。
集成电路芯片的封装、最终保护和集成
经过漫长的过程,从设计到制造,我终于得到了一个ic芯片。但是一个芯片是相当小很薄的,如果不在外面保护,很容易被刮伤损坏。此外,由于芯片的尺寸非常小,如果没有更大的外壳,手动将其放置在电路板上不会很容易。因此,本文接下来将对包装进行描述和介绍。
目前常见的封装有两种,一种是电动玩具中常见的,黑色看起来像蜈蚣的dip封装,一种是买盒装cpu的bga封装。至于其他封装,有pga(引脚栅格阵列;;针栅阵列)或dip qfp(塑料方形扁平封装)的改进版本。因为封装太多,下面就介绍相应的dip和bga封装。
传统包装,经久不衰。
首先要介绍的是双列直插式封装;;dip),从下图可以看出,这种封装的ic芯片看起来会像双排连接脚下的黑色蜈蚣,令人印象深刻。这种封装是最早的ic封装技术,优点是成本低,适用于没有太多导线的小芯片。但由于大部分是塑料材质,散热效果较差,无法满足目前高速芯片的要求。所以使用这种封装的芯片大多是永不过时的芯片,比如下图的op741,或者是对运行速度要求不高,芯片更小,连接孔更少的ic芯片。
▲左边的ic芯片是op741,是常见的电压放大器。右图是它的横截面。这个封装用金线将芯片连接到一个引线框架上(图片来源:左边维基百科,右边维基百科)。
至于球栅阵列(bga)封装,与dip相比,封装更小,可以容易地放入更小的器件中。另外,由于引脚位于芯片下方,相比dip可以容纳更多的金属引脚,相当适合需要更多触点的芯片。但这种封装价格昂贵,连接复杂,多用于单价较高的产品。
▲左图为bga封装的芯片。右边是bga采用倒装封装的示意图(图片来源:左边维基百科)。
移动设备和新技术的兴起跳上舞台
然而,使用这些包装方法将消耗相当大的体积。移动设备、可穿戴设备等。需要各种各样的组件。如果所有组件都是独立封装的,那么组合起来就要占用很大的空间。因此,有两种方法可以满足减小尺寸的要求,即soc(片上系统)和sip(系统级封装)。
在智能手机兴起之初,soc一词在各大财经杂志上都能找到,但什么是soc呢?简单来说就是把不同功能的ic集成到一个芯片上。通过这种方法,不仅可以减小尺寸,而且可以减小不同集成电路之间的距离,提高芯片的计算速度。至于制作方法,在ic设计阶段,将不同的ic放在一起,然后通过前面介绍的设计流程制作一个掩膜版。
但是,soc不仅仅是好的,设计一个soc还需要很多技术上的配合。ic芯片单独封装时,有外部保护,ic与ic之间距离较远,不会相互干扰。然而,当所有的集成电路封装在一起,这是一个噩梦的开始。集成电路设计工厂要从单纯的设计集成电路转变为理解和集成各种功能,这样会增加工程师的工作量。此外,还会有很多情况,比如通信芯片的高频信号可能会影响其他功能ic。
另外,soc在把别人设计的组件放入soc之前,需要得到其他厂商的ip(知识产权)授权。因为制作soc需要获得整个ic,只有设计细节才能做出完整的掩膜版,这也增加了soc的设计成本。有人可能会质疑为什么不自己设计一个呢?因为涉及到各种ic需要大量的ic相关知识,只有苹果这样的有钱企业才有预算从知名企业招聘顶尖工程师来设计一款全新的ic。通过合作授权比自己开发划算多了。
相反,sip出现了。
作为替代,sip跳上了集成芯片的舞台。与soc不同的是,它是购买各家的ic,最后一次封装这些ic,这样就省去了ip授权这一步,大大降低了设计成本。另外,由于它们是独立的ic,所以它们之间的干扰大大降低。
▲apple watch采用sip技术将整个电脑架构封装在一个芯片中,既满足了预期的性能又缩小了体积,让手表有更多的空间放电池(来源:苹果官网)。
采用sip技术最著名的产品是apple watch。。因为手表的内部空间太小,它可以 t采用传统技术,而soc的设计成本太高,sip成为了首选。采用sip技术,不仅可以缩小尺寸,还可以缩短ic之间的距离,成为一种可行的折中方案。下图是apple watch芯片的结构图,可以看到里面包含了相当多的ic。
▲来源:apple watch中sip封装的s1芯片的芯片作品。
包装完成后,将进入测试阶段。在这个阶段,需要确认封装好的ic是否正常工作,然后才能运到组装厂,做出我们看到的电子产品。至此,半导体行业已经完成了整个生产任务。
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