集成电路与封装介绍

集成电路

2018年,中兴危机深深地刺痛了国人的神经。这次危机暴露出的是我们国家的集成电路产业的落后。其中涉及的芯片技术、国际形势我们暂且不去讨论。我们只讨论所谓的集成电路是何物以及它的分类。

①什么是集成电路

       集成电路(Integrated Circuit,缩写为IC),也称为集成块、芯片。是指采用一定的工艺,把一个电路中所需的三极管二极管、电阻、电容电感等元器件及导线互连在一起,制作在一小块或几小块陶瓷、玻璃或半导体晶片上,然后封装在一起,成为一个能够实现一定电路功能的微型电子器件或部件。

       集成电路具有体积小、重量轻、引脚少、寿命长、可靠性高、成本低、性能好等优点,同时还便于大规模生产。用集成电路装配的电子设备,不仅装配密度比三极管装配的电子设备提高了几十倍至几千倍,而且延长了设备的使用寿命

②集成电路的分类

       集成电路的分类方法有很多,按电路结构的不同可分为:模拟集成电路数字集成电路、混合信号集成电路(模拟处理与数字处理在一个芯片上)。

  模拟集成电路主要是用来产生、放大和处理各种模拟信号,比如,复读机重放的录音信号就是模拟信号,收音机、电视机接收的音频信号也是模拟信号。模拟集成电路根据功能又分为运算放大器、电压比较器、稳压器等多种。

       数字集成电路主要是用来产生、放大和处理各种数字信号,如DVD视盘机重放的音频信号和视频信号。数字集成电路又分为TTL集成电路、HTL集成电路、STTL集成电路、ECL集成电路、CMOS集成电路等多种。

       混合信号集成电路把模拟和数字电路集成在一个单芯片上。这类芯片一般具备模拟信号输入/输出以及数字信号处理、数字信号传输等通道。这种电路提供尺寸更小、成本更低。我们研究的单片机就属于混合信号集成电路。

封装

       上面我们讲到集成电路内部有很多元器件及导线互连在一起,而我们看到的样子,则是在其外部用外壳进行封装。封装不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用,而且还通过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PCB(Print Circuit Board印刷电路板)上的导线与其他器件相连接,从而实现内部芯片与外部电路的连接。

       因为芯片的材料是主要是Si,在空气中会被氧化形成SiO2,所以必须与外界隔离,以防止空气中的杂质腐蚀芯片电路而造成电气性能下降。另一方面,封装后的芯片也更便于安装和运输。简而言之,封装的作用:1.物理保护。2.电气连接。3.标准规格化。

       随着技术的发展,目前有几十种封装形式,根据不同的需要进行选择。以下为常见的几种封装形式:

  • DIP(dual in-line package)

双列直插式封装。插装型封装之一,引脚从封装两侧引出,封装材料有塑料和陶瓷两种。根据不同的特点又可细分为PDIP、SDIP、SKDIP、CDIP等封装类型。下图为DIP常见封装类型:

        

 

  • SOP封装(Small Outline Packages)

小外形引脚封装,也可以叫做SOL和DFP,是一种很常见的元器件形式。同时也是表面贴装型封装之一,引脚从封装两侧引出呈海鸥翼状(L字形)。封装材料分塑料和陶瓷两种。下图为SOP常见封装类型:

    

  • QFP(Quad Flat Package)封装

四侧引脚扁平封装。表面贴装型封装之一,引脚从四个侧面引出呈海鸥翼(L)型。基材有陶瓷、金属和塑料三种,塑料封装占绝大部分。根据不同的特点又可细分为LQFP、MQFP、TQFP、SQFP、BQFP、PQFP、FQFP等封装类型。下图为QFP常见封装类型:

 

 

  • BGA(Ball Grid Array Package)封装

即球栅阵列封装。随着技术的进步,芯片集成度不断提高,I/O引脚数急剧增加。为了满足发展的需要,厂家采用BGA封装形式,即在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚,在印刷基板的正面装配芯片,然后用模压树脂或灌封方法进行密封。也称为凸点陈列载体(PAC)。引脚可超过200,是多引脚芯片用的一种封装。封装本体也可做得比QFP小。根据不同的特点又可细分为FBGA、PBGA、FCBGA、CBGA等封装类型。下图4-4为BGA常见封装类型:

 

    

 

按照惯例,封装格式后的数字代表引脚数。如LQFP44封装代表该IC采用薄型QFP封装,44个引脚。

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