器件封装类型：选择标准

本文要点：

芯片制造商必须平衡集成电路的许多设计参数（有时这些参数会相互冲突）。
不同器件封装类型之间的主要区别在于将封装焊接到电路板上的方式。
设计人员可能会遇到的一些常见封装类型。

电子产品的形状和尺寸多种多样，用于实现其功能的器件也是如此。起初，设计人员可能无法独自区分产品规格单上的不同器件封装类型，尤其是在参数没有区别的情况下。很容易在不知情的情况下购买过大、过小或与电路设计阶段完全不兼容的器件。在尺寸、成本和对电路板制造工艺的影响方面，每种封装都有各自的优点和缺点，即使是老一代技术也能为当今的电子产品提供必要的性能。


器件封装设计的驱动因素

形式服从功能，这一点适用于器件和其他任何工程元件。从性能和可制造性的角度来看，集成电路必须权衡四个方面：

密封

集成电路的制造过程非常精细，对环境污染极为敏感。封装必须提供物理屏障，防止湿气或固体污染物进入设备内部，避免短路、腐蚀或破坏传导路径。

搬运

封装必须足够坚固，能够经受住组装时的人力和机器搬运过程。

散热

热量会削弱电子产品的寿命和性能，最终会使材料老化，导致设备无法工作。封装必须坚固，确保搬运时的安全性，但同时不能过分限制热量从设备中散发出去。

绝缘和隔离

封装还提供了基板，用于支持必要的信号传播速度和器件特性阻抗。

整体封装趋势必须在尺寸和引脚数之间取得平衡。更多的引脚数和更小的封装尺寸使得高密互连 (HDI) 设计备受青睐，但这种设计却与传统的制造技术相互矛盾。对于电路设计人员来说，成本也是一个因素：同时满足这两个条件的器件前期成本较高，而且由于精度要求更严格，可能会增加制造成本。


不同的装配集成方法

还可根据封装与电路板的集成方式对封装进行分类，这会影响到电路板 DFM 的多个方面，包括 layout 密度、生产时间和适用的焊接工艺。通常可分为以下几类：

通孔 (Through-hole，TH)

引脚插入并穿过电路板的封装；一般来说，此类封装所需的钻孔空间比 SMT 大得多。对于某些器件来说，与相对较新的 SMT 技术相比，即使考虑到额外的制造步骤，这种相对早期的技术也更具有成本效益。

在自动焊接方面，TH 封装需要采用波峰焊工艺，在引脚突出来的电路板一侧焊接一道道类似波浪的熔融焊料。较新的器件和产品线往往完全不会采用 TH 技术。

表面贴装技术 (SMT)

相对于 TH 封装的拱形或垂直引脚，SMT 在器件贴装侧使用平面引线进行焊接。由于这些器件封装不需要钻孔，可以充分利用电路板的顶层和底层（即在电路板的一侧集成 SMT 封装不会影响另一侧）。此外，SMT 封装的主体尺寸通常比 TH 封装小得多，因此可以支持 HDI 设计。

SMT 封装的成本可能各不相同：由于规模经济效应，对于简单的无源和有源器件，SMT 封装可能会比 TH 封装成本更低。然而，对于更复杂的集成电路，SMT 封装可能比 TH 封装成本更高。

定制封装

有时，现成的器件参数无法满足设计限制。产品开发工程师可与集成电路制造商合作，共同定制集成电路和封装。当然，这种方法成本很高，通常只适用于大批量生产。

关于器件成本还有最后一点：设计人员可以考虑塑料或陶瓷的集成电路封装方案。塑料可为大多数应用提供足够的材料特性，而且性价比远高于陶瓷，但要求苛刻或高可靠性的电路板可能需要使用陶瓷封装来实现卓越的性能。


器件封装类型分为各种形状和尺寸，有时它们的功能甚至是相同的。

常见器件封装类型

器件封装就像其设计原型一样，代表着当时最前沿的 DFM 技术。集成电路设计和电路板设计同步演进，以同时满足最终用户和生产制造的需求：

双列直插式封装 (DIP)

一种广泛使用的通孔封装技术，引脚间距为 2.54 毫米/100 密耳，行间距可达 15.24 毫米/600 密耳。

Skinny DIP - 引脚间距相同，但封装体更窄，引线间距为 7.62 毫米/300 密耳。

Shrink DIP - 引脚间距更窄，为 1.78 毫米/70 密耳。

Z 形双列直插式封装 - 封装体较窄，封装底部每个引脚之间的间距为 1.27 毫米/50 密耳。不过，引线会弯曲到封装体的两侧，形成两排标准间距为 2.54 毫米/100 密耳的引线。

引脚栅格阵列 (PGA)

一种具有许多垂直排列引脚的封装，可大大提高集成电路的密度。这种封装形式在很大程度上已被球栅阵列 (BGA) 技术所取代。

小外形封装 (SOP)

引脚间距为 1.27 毫米/50 密尔的 SMD 封装，海鸥翼形或 J 形（即 SOJ）引线，可扁平贴装。

Shrink SOP - 引脚间距小于 1.27 毫米/50 密尔的任何 SOP 封装。

Thin SOP - 封装体较薄，贴装高度小于 1.27 毫米/50 密尔。

四侧引脚扁平封装 (QFP)

一种固定封装尺寸，引脚间距可变，引脚从封装体四个侧面引出呈 L 形或 J 形（即 QFJ）。可包括散热片等散热元件。

低剖面/薄型 QFP - 低剖面/薄型 QFP 的模具厚度分别小于 1.4 毫米或介于 1.0 至 1.27 毫米之间。

球栅阵列 (BGA)

一种密度极高的封装，在现代 HDI 设计中极具代表性。根据引脚间距的不同，BGA 封装可能需要采用额外的制造方法来实现信号分路。

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器件封装类型有多种尺寸和样式。虽然这一开始可能会让人眼花缭乱，但电路设计人员在设计几个 layout 后，很快就会了解各种封装的优缺点。考虑到当前全球集成电路短缺的情况，善用封装的可用性进行设计的能力在短期和长期内都是一项有用的技能。

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