---- 当电源电压降低到5 V以下时,模拟集成电路的芯片尺寸已经有了相当程度的缩小。芯片的缩小和电压的降低,也为缩小所占用的底面积 ( footprint ) 创造了条件。
---- 小封装的优越性
---- 向较小底面积的方向改进所带来的好处,有些方面十分明显,;例如可以减少线路板的面积。然而改进后所带来的其它一些好处比较起来则不容易被人们看清。例如,较小的底面积缩短了引出线的长度,可以缩短信号传输的路程,从而减少了连接线的电感。小型化的封装可以使器件得以安装在更靠近电源的地方。小的底面积还有利于器件的分解 ( disintegration ) 对于大型,复杂电子产品可以带来更大程度的灵活性等等。
---- 分解可以创造一个机会,便于从ASIC或组成模块的设计中抽出一部分功能。分解可以使专用的或关键的构造部件更加具有可重用性,从而改善了系统产品的灵活性。采用正确的处理过程对每一个功能进行优化,才能获得最佳的电子产品性能。
---- 当SOIC刚刚被开发出来的时候;如果采用它,半导体制造商和器件的用户(包括电子系统开发和制造人员)都需要改换设备,因此SOIC推广应用的过程十分缓慢而艰辛。然而一旦当这两方面的设备获得改造,SOIC获得产业界的接纳以后,SOIC的派生品种例如SOT和SC70的推广应用就十分迅速了。SOIC推广应用缓慢的教训在产业界的记忆犹新。产业界一直坚守0.5mm这一焊接点之间的传统的节距;一直到用户都更新了他们的元器件安装设备 ( pick-and-place equipment ) 和光学控制系统以后,情况才会有所改变。
---- 电子系统设计人员要求减少的是底面积,不是封装的尺寸。另一方面BiCMOS和CMOS加工技术的进步也打破了技术上的平衡。焊接点的设计规则缩小的程度没有有源器件或连接线设计规则缩小的那么快。对于集成电路来说,芯片面积是由核心功能来限制,还是由焊接点的安排来限制之间的平衡就被打破了。插图中的照片显示了各种封装形式(包括一些老的封装和一些新的封装)的底面积和芯片尺寸的比例关系。
---- 由于加工方法的不同,并不是底面积越小,所带来的经济效益就越好;并不是最小的底面积就能提供最优惠的性价比。如果芯片的面积是由安置在芯片周围的焊接点的边框所决定,则沿用标准的焊接点节距就不能最有效地利用硅片面积。因此不能以一种封装型式来满足一切使用要求,也不是越小就越好。为此,产业界开发了各种各样的封装,对于同一种底面积也有不同的型号,以适应不同用户对成本,使用方便,制造容易等不同的要求。
---- CSP, 芯片尺寸封装
---- 对于由焊接点排列限制着面积缩小的芯片,CSP封装是一种可以有效地降低成本的解决方案;它不需要为了为给装配线保持较宽松的焊接点节距而增加芯片的面积。名称中“芯片尺寸”的含义,意味着封装的尺寸可以和芯片完全一般大小,也可以比芯片稍大但不超过芯片面积的20%。CSP封装是一种无引出线类型的封装,但是它使用引线框并采用引线键合工艺。
---- 目前供应的CSP封装,引出端数目可以高达112根,有好几家公司正在努力将I / O引出端数目扩展到208根。Micro-SMD封装是CSP封装的一种改进型;它的底面积和芯片的尺寸完全相等。它采用一种晶圆级加工技术,还直接采用一系列晶圆片的后部制造工序;不再使用引线框和引线键合工艺技术。这类芯片的尺寸是如此之小,以至于可以安放在一根大头针针头之上。
---- 当设计人员在设计任何一种电子产品而又遇到体积或重量的限制时,Micro-SMD都可能成为他们手中的一个锐利的武器,用来优化他们的设计。此外,Micro-SMD的焊接点节距为0.5密耳,可以和绝大多数的元器件安装设备相适应。布置在网格上的焊接点符合标准的JEDEC外形连接图的规定;用于焊接的合金焊料突起十分便于焊接和安装。
---- Micro-SMD封装的高度只有0.9mm,实现了人们多年来追求的目标:采用传统的元器件安装设备和制造流程实现最小最薄的封装。半导体制造业可以支持比较严格的节距,可以低到0.3mm;但是如果采用这一节距,需要大多数用户化一大笔钱去改进元器件安装设备。
---- 比较严格的焊接点之间的节距,例如低于0.5mm,还需要改进pc-板制造商的光刻技术,这也增加了最终用户的开销。对于I / O引出端在28根以下时,芯片设计的线路部分和焊接点部分各自所占用的面积达到平衡,Micro-SMD是当前可能得到的最经济的封装。
---- 缩小封装所涉及的问题并不仅限于体积和节距。从结-到-环境的器件热阻 ( (JA )和底面积可能发生矛盾。在便携式电子产品中虽然供电电压降低了,但是气流通风的情况往往恶化了。一般地说底面积越降低,热阻(JA越高。
---- 但是,Micro-SMD封装和上述关系稍有不同。封装上的焊接突起是和pc-板直接接触的,为从芯片向线路板散热提供了一条直接的通道;因而改善了散热条件。裸芯片封装取消了引线框架,引线框架在硅片和pc-板之间起着消除应力的作用;当裸芯片封装大到一定程度时,为了消除由于热膨胀产生的不匹配,需要在芯片下填充某些材料。但是Micro-SMD或National Semiconductor公司的CSP封装都不需要使用这类填充材料。
---- 上述两种封装的产品都装载在标准的载带和卷轴上。可以简化装配时对封装的处理。而且由于上述两种封装都不需要填充材料,用户不需要对生产流程作任何改变。
