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以前的芯片周围都有很多爪子,怎么现在都都没了?

电脑版   2020-11-26 09:47  

以前的芯片周围都有很多爪子,怎么现在都都没了?好像是粘在电路板上的:技术进步了,怎样更方便人们生活需要,当然能怎么来就怎么来。就拿取快递来说,从前的学

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技术进步了,怎样更方便人们生活需要,当然能怎么来就怎么来。就拿取快递来说,从前的学校都是到一个大房间里,找属于自己的快递,现在很多的学校都发展成拿取件号到对应的储物箱直接取快递,像拿自己存了许久的物件一样方便。因为,技术!

最先的芯片爪子是下图这样的,其实叫双列直插式封装技术,看起来十分占位不小巧,和现在的很多芯片比起来技术差距一下就可以看出来了。

接着是从前常见的芯片爪子(其实叫管脚)很多(其实叫QFP方形扁平式封装技术),布在芯片四周,这主要是用于个其它的器件之间进行连接,后来,在生活实践中的慢慢运用,人们发现生活中对芯片功能需要的越来越多,不断开发,爪子多了,芯片的面积随之增加,而这样的话就出现了一个很不方便的问题:芯片面积很大,因此后来研发出了(BGA)球栅阵列式封装技术)代替它。

它们两者之间的主要区别说大也不大,说小也不小,BGA技术就是将爪子分布到芯片的背面,排的很密集,足够应用复杂的芯片上。而QFP技术是分布在四周,更加方便焊接。还有另一方面,QFP技术的芯片可以用铬铁手焊,不过BGA技术的芯片只能用机器打上去了。

就整个趋势来说,芯片现在的集成度越来越高,小型化也越来越强,不然手机怎么会越来越薄呢?当然,技术越高,对加工过程的要求也会高了。

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你所说的芯片周围的“爪子”其实指的就是芯片的针脚,芯片为了能和设备正常连接,必须需要针脚来和主板相连,所以自从芯片诞生以来都是伴随着相应的针脚的,只是随着时代和技术的发展,芯片针脚不断发生变化,到现在已经很少看到“爪子”式的芯片针脚了。

过去由于芯片本身的速度不够快,也为了方便拆卸维修,降低成本,老式芯片大量使用双列直插式封装技术(DIP),但是这类技术缺点也很明显,首先就是封装面积和厚度都比较大,大爪子针脚暴露在外,在插拔过程中很容易被损坏,可靠性较差。同时这种DIP封装方式由于受工艺的影响,引脚一般都不超过100个,这样随着芯片集成度的不断提高,双列直插式封装技术就逐渐无法满足需求了。

对比一下现在大量芯片使用的球栅阵列(BGA)封装技术,不仅拥有更多的针脚,而且体积都非常小(球形),只需配备在芯片底部即可,当这样的芯片安装在主板上贴合度极高,很难遇到来自外部的损坏,而且BGA封装的芯片散热性能和电器性能更佳,也有助于芯片性能和容量的提高,比如说采用BGA技术封装的内存,可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍。

如今BGA封装已经成为高性能芯片的主流方案,所以我们现在除了在一些简陋电子设备中还能看到“爪子式”针脚,平常使用的手机和电脑中已经几乎看不到“针脚”了,随着芯片功能和集成度的提高,未来这类针脚的数量可能还会继续增加,同时体积继续缩小。

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这是因为电子技术进步了。

由于电子产品功能一直在增强,体积重量却越来越小。电子元器件集成度越来越高。半导体的封装技术和电路板的表面贴装技术不断的向集成化小型化发展。

提问中说的芯片四周有很多爪子(管脚)叫做QFP方型扁平式封装技术(Quad Flat Package)。

后来人们需要在一个小芯片上实现更多的功能,需要更多的管脚,四个边装不下了,于是就搞出了在芯片肚皮下装管脚的技术,BGA封装技术(Ball Grid Array Package)球栅阵列封装。


后来芯片尺寸更小了,管脚更多了!就搞出了——倒装芯片(Flip chip)技术也叫晶圆级封装(WLCSP)技术。

在QFP之前的是什么样子呢?

DIP



SIP

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由于笔者在芯片封装厂做过设备工程师,对这个问题可以回答。

芯片封装有两种形式:导线架和基板。

早期的是导线架,就是两侧或者四周是有引脚,引脚通过焊线和芯片链接,比如LQ FP、TQFP、QFN、TSOP等,这些都是题主所说的有引脚的。

后来,导线架越来越被基板所替代,比如PBGA、TFBGA等。因为基板有较多的优点:可为芯片提供电连接、保护、支撑、散热、组装等功效,以实现多引脚化,缩小封装产品体积、改善电性能及散热性、超高密度或多芯片模块化的目的。 这些都是导线架所不具备的。






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因为技术的发展,对产品集成化、小型化的要求越来越高。所以芯片的封装越来越小,为了在较小的体积下容纳更多的引脚,所以引脚都藏在了芯片的肚子下面,自然看不到爪子了。而且也正是得益于芯片封装的小型化,我们的手机才可以做的越来越薄,功能越来越强大。

下面我们就简要回顾一下芯片的封装发展吧。

早期的芯片,大多数都是模拟集成电路或者是中小规模的数字集成电路,这类芯片的管脚通常比较少。而且早期的芯片十分昂贵,为了能多次利用,很多产品上并不是直接把芯片焊接在电路板上的,而是把芯片插在芯片座上。因此产生了第一种通用的芯片封装——DIP(双列直插封装)


但是随着芯片规模的不断扩大,芯片功能的不断完善。芯片的引脚越来越多,如果都放在两边,芯片就会像蜈蚣一样变得长长的,给制造、安装都带来很大的困难。所以工程师们就想了一个办法,芯片不是方方的吗?那就把它做成正方形,四边都有引脚。因此产生了PLCC

但是PLCC的焊接和调试都很不方便,还需要专门的芯片座来安装。随着表面贴装技术的发展,芯片开始只焊在电路板的一面,而不是穿过线路板,焊在孔里。为了易于机器贴装,并且进一步减少体积,出现了SOP和QFP封装。


SOP就是以前DIP的表面贴装版,而QFP就是PLCC的表面贴装版。随着体积的进一步缩小,引脚尺寸,引脚间距进一步变小,产生了SSOP和TQFP,引脚间距达到了令人发指的0.65mm。几乎已经到达了极限。此时如果再想增加引脚怎么办呢,那就只有增加芯片的面积,来换取更大的周长来安放更多的脚。

就像下面这种,TQFP208

208个引脚的TQFP已经很大了,这颗芯片大概有火柴盒那么大。但是随着技术的发展,超大规模集成电路的引脚越来越多,如果再增加封装的面积,实在是太浪费了。所以人们就想到,在周长上增加引脚已经不现实了,那不如把引脚放在肚子下面,毕竟,二维的面积可比一维的周长大多了。因此BGA封装诞生了

这样一颗芯片,图片上看起来也许很大,其实他的实际大小只有大拇指的指甲盖一样大,但是引脚却达到了256个,如果用QFP封装,想都不敢想这个芯片要有多大。

除了BGA,对比以前的SOP,现在一出现了更加小型化的QFN封装,同样引脚也在四周一圈,但是并没有伸出去,而是藏在了下面。这样体积进一步缩小了。


目前最小的封装是WLCSP,这种封装,第一次将封装做得几乎和晶片(die)一样大。


上图的这种16个脚的WLCSP封装,实际体积就只有火柴头那么大点。下面是一个这几年的一些新兴封装的大小对比,大家可以看看,注意,其中最大的那个,也只有指甲盖大小。

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芯片周围的爪子其实是芯片的引脚


芯片的引脚主要分为几大类:

  • 电源引脚,VCC和GND,是用来给芯片供电用的
  • 复位引脚,RST,用于芯片复位,不过现在的芯片基本上都有内部复位功能
  • 振荡器引脚,OSC,用于连接振荡器,给芯片提供时钟信号,不过很多芯片也有内置振荡器的,在时钟要求不是很高的情况下不需要连接振荡器
  • 输入输出引脚,I/O,可以用作信号输入或者输出信号
  • 特殊功能引脚,比如LCD驱动、ADC、SPI、I2C、UART、USB等等
芯片周围的爪子不是没了,而是进化了,缩小了

现在的电子产品追求的是小巧、轻便、精美,所以芯片也要做得尽量小,以前芯片的爪子比较大主要是因为:

  • 芯片的生产工艺比较落后,没办法将数亿、几十亿甚至几百亿个晶体管浓缩到一个比手指甲还要小的硅片上
  • 以前的PCB及PCBA的生产工艺也比较落后,如果引脚太小,就没有办法贴装到PCB上去,就算勉强贴装上去,不良率也会较高。
我们仔细看看,还是可以找到芯片的爪子的哦
  • QFN封装芯片的爪子藏在芯片的旁边,认真看就可以看到了


  • BGA封装芯片的爪子藏在芯片的底部,如果已经贴装到PCB上去,你就看不到了,新的芯片,只要把它翻过来,就可以看到了,很多球状的小点就是它的爪子了。
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感谢您的阅读!

什么芯片爪子?其实是双列直插式封装技术(DIP)!DIP封装的CPU芯片有两排引脚,能够插在具有DIP结构的芯片插座上。不过,我们在使用的时候,通过从芯片插座上插拔时应特别小心,容易损坏管脚。

不过,随着技术的发展,DIP这种插针式芯片已经不怎么被使用了,如今主流使用的是SOP、QFN、BGA三种。

我们就说QFN,方形扁平无引脚封装,它可以直接贴装芯片封装技术。不过,这种技术的优点非常多,通过表面贴装,无引脚焊盘设计,能够让芯片占有更小的PCB面积,质量也比较轻,没有引脚设计。

BGA技术,球状引脚栅格阵列封装技术,它是一种高密度表面装配封装技术。这种设计能够带来更小体积,更好的散热性能和电性能,而且这项技术,信号传输延迟小,使用频率大大提高。

其实,技术的进步让DIP慢慢被淘汰,而BGA也将成为目前主要的技术,毕竟它的优势更强一些。毕竟,集成度越来越高的芯片,对于芯片的要求越来越大,爪子越多,面积越大,在目前的技术上已经不适应了。

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主要是技术进步了,原来相同功能的芯片越来越集成,越来越小,所以爪子就越来越少了。同时因为封装技术进步了。原来尺寸的芯片可以实现更强大的功能,引脚的模式已经不能满足,所以出现了BGA,QFN,LGA等封装模式。将所有的引脚都引到芯片背后用锡球和主板连接。这是集成电路的发展所导致的。将来还会出现WLP(wafer level package)等先进封装的出现。以后的电子产品将功能越来越强大,尺寸越来越小。

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封装工艺进化了。之前的所谓爪子都是芯片管脚,用于和其它器件建立电气连接。把管脚分布在四周叫QFP封装,这种封装方式焊接方便,焊工厉害的硬件工程师可以自己用烙铁焊,但是这种方式的芯片功能一增多,管脚随之增多,芯片面积增加很快,所以后来进化到BGA封装,管脚都分布在芯片背面,可以排的很密,这种方式适合于复杂的芯片,但是很显然手焊不了了,必须上贴片机了。

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如你所说的,周围有很多爪子的芯片,专业名称叫做直插式封装,这种封装是早期的封装技术的产物,易于生产,方便安装和焊接,所以以前很受欢迎。

但这种封装有一个缺点就是体积占用太大,随着时间的推移,技术的进步,电路板的集成度越来越高,一个手机主板上要放置数以千计的器件,如果使用直插封装的话在有限的体积内是无法放下如此多的元器件的,所以后来芯片厂商开发出了BGA、QFN等等封装形式,这些封装将管脚隐藏在芯片的底部,不占用额外的面积,也方便大规模的机器贴片,所以现在逐渐成为了主流封装。


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