03.07 以前的芯片周圍都有很多爪子,怎麼現在都都沒了?

李薔薔


你所說的芯片周圍的“爪子”其實指的就是芯片的針腳,芯片為了能和設備正常連接,必須需要針腳來和主板相連,所以自從芯片誕生以來都是伴隨著相應的針腳的,只是隨著時代和技術的發展,芯片針腳不斷髮生變化,到現在已經很少看到“爪子”式的芯片針腳了。

過去由於芯片本身的速度不夠快,也為了方便拆卸維修,降低成本,老式芯片大量使用雙列直插式封裝技術(DIP),但是這類技術缺點也很明顯,首先就是封裝面積和厚度都比較大,大爪子針腳暴露在外,在插拔過程中很容易被損壞,可靠性較差。同時這種DIP封裝方式由於受工藝的影響,引腳一般都不超過100個,這樣隨著芯片集成度的不斷提高,雙列直插式封裝技術就逐漸無法滿足需求了。

對比一下現在大量芯片使用的球柵陣列(BGA)封裝技術,不僅擁有更多的針腳,而且體積都非常小(球形),只需配備在芯片底部即可,當這樣的芯片安裝在主板上貼合度極高,很難遇到來自外部的損壞,而且BGA封裝的芯片散熱性能和電器性能更佳,也有助於芯片性能和容量的提高,比如說採用BGA技術封裝的內存,可以使內存在體積不變的情況下內存容量提高兩到三倍。

如今BGA封裝已經成為高性能芯片的主流方案,所以我們現在除了在一些簡陋電子設備中還能看到“爪子式”針腳,平常使用的手機和電腦中已經幾乎看不到“針腳”了,隨著芯片功能和集成度的提高,未來這類針腳的數量可能還會繼續增加,同時體積繼續縮小。


嘟嘟聊數碼


由於筆者在芯片封裝廠做過設備工程師,對這個問題可以回答。

芯片封裝有兩種形式:導線架和基板。

早期的是導線架,就是兩側或者四周是有引腳,引腳通過焊線和芯片鏈接,比如LQ FP、TQFP、QFN、TSOP等,這些都是題主所說的有引腳的。

後來,導線架越來越被基板所替代,比如PBGA、TFBGA等。因為基板有較多的優點:可為芯片提供電連接、保護、支撐、散熱、組裝等功效,以實現多引腳化,縮小封裝產品體積、改善電性能及散熱性、超高密度或多芯片模塊化的目的。 這些都是導線架所不具備的。







技術工程師engineer


這是因為,芯片集成度也越來越高,原有的封裝技術已無法滿足需要。

當芯片的管腳數大於208Pin時,傳統的封裝方式就沒辦法了。因此,除使用QFP封裝方式外,現今大多數的高腳數芯片開始使用BGA封裝技術。BGA一出現便成為CPU、主板上南/北橋芯片等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。

芯片封裝大致發展歷程:TO→DIP→PLCC→QFP→PGA→BGA→CSP→MCM,技術指標一代比一代先進,芯片面積與封裝面積比例越來越接近1,電器性能以及可靠性也逐漸提高,體積更輕、更薄,永遠更好的電性能和熱性能。

叮噹簡單介紹一下數碼產品中常見的芯片封裝技術;

1、BGA (球柵陣列)

移動CPU都使用了這種封裝方式,我們稱為球形觸點陣列,屬於表面貼裝型封裝產品,在印刷基板的背面按陳列方式製作出球形凸點用以代替引腳,採用模壓樹脂或灌封方法進行密封。也稱為凸點陳列載體(PAC)。

BGA主要有:PBGA(塑封BGA)、FCBGA(倒裝芯片)等等幾十種,我們見過最多的就是塑封PBGA及FCBGA;

並且封裝技術越來越高端。

2、PGA(引腳柵陣列)

我們見過很多的計算機CPU就是這樣的封裝,PGA把針腳集中在了CPU的PCB身上,所以你會看到CPU身上會有一堆的針腳,使用時只需插入針腳的插孔。

另外還有很多種芯片封裝技術,

另外,您說的很多爪子的芯片屬於DIP(雙列封裝)技術只有在中小規模芯片上才會使用,因為它封裝尺寸遠比芯片大,封裝效率很低,浪費有效安裝面積,所以慢慢被技術淘汰了。


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芯片周圍的爪子其實是芯片的引腳


芯片的引腳主要分為幾大類:

  • 電源引腳,VCC和GND,是用來給芯片供電用的
  • 復位引腳,RST,用於芯片復位,不過現在的芯片基本上都有內部復位功能
  • 振盪器引腳,OSC,用於連接振盪器,給芯片提供時鐘信號,不過很多芯片也有內置振盪器的,在時鐘要求不是很高的情況下不需要連接振盪器
  • 輸入輸出引腳,I/O,可以用作信號輸入或者輸出信號
  • 特殊功能引腳,比如LCD驅動、ADC、SPI、I2C、UART、USB等等

芯片周圍的爪子不是沒了,而是進化了,縮小了

現在的電子產品追求的是小巧、輕便、精美,所以芯片也要做得儘量小,以前芯片的爪子比較大主要是因為:

  • 芯片的生產工藝比較落後,沒辦法將數億、幾十億甚至幾百億個晶體管濃縮到一個比手指甲還要小的硅片上
  • 以前的PCB及PCBA的生產工藝也比較落後,如果引腳太小,就沒有辦法貼裝到PCB上去,就算勉強貼裝上去,不良率也會較高。

我們仔細看看,還是可以找到芯片的爪子的哦

  • QFN封裝芯片的爪子藏在芯片的旁邊,認真看就可以看到了


  • BGA封裝芯片的爪子藏在芯片的底部,如果已經貼裝到PCB上去,你就看不到了,新的芯片,只要把它翻過來,就可以看到了,很多球狀的小點就是它的爪子了。

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因為技術的發展,對產品集成化、小型化的要求越來越高。所以芯片的封裝越來越小,為了在較小的體積下容納更多的引腳,所以引腳都藏在了芯片的肚子下面,自然看不到爪子了。而且也正是得益於芯片封裝的小型化,我們的手機才可以做的越來越薄,功能越來越強大。

下面我們就簡要回顧一下芯片的封裝發展吧。

早期的芯片,大多數都是模擬集成電路或者是中小規模的數字集成電路,這類芯片的管腳通常比較少。而且早期的芯片十分昂貴,為了能多次利用,很多產品上並不是直接把芯片焊接在電路板上的,而是把芯片插在芯片座上。因此產生了第一種通用的芯片封裝——DIP(雙列直插封裝)


但是隨著芯片規模的不斷擴大,芯片功能的不斷完善。芯片的引腳越來越多,如果都放在兩邊,芯片就會像蜈蚣一樣變得長長的,給製造、安裝都帶來很大的困難。所以工程師們就想了一個辦法,芯片不是方方的嗎?那就把它做成正方形,四邊都有引腳。因此產生了PLCC

但是PLCC的焊接和調試都很不方便,還需要專門的芯片座來安裝。隨著表面貼裝技術的發展,芯片開始只焊在電路板的一面,而不是穿過線路板,焊在孔裡。為了易於機器貼裝,並且進一步減少體積,出現了SOP和QFP封裝。


SOP就是以前DIP的表面貼裝版,而QFP就是PLCC的表面貼裝版。隨著體積的進一步縮小,引腳尺寸,引腳間距進一步變小,產生了SSOP和TQFP,引腳間距達到了令人髮指的0.65mm。幾乎已經到達了極限。此時如果再想增加引腳怎麼辦呢,那就只有增加芯片的面積,來換取更大的周長來安放更多的腳。

就像下面這種,TQFP208

208個引腳的TQFP已經很大了,這顆芯片大概有火柴盒那麼大。但是隨著技術的發展,超大規模集成電路的引腳越來越多,如果再增加封裝的面積,實在是太浪費了。所以人們就想到,在周長上增加引腳已經不現實了,那不如把引腳放在肚子下面,畢竟,二維的面積可比一維的周長大多了。因此BGA封裝誕生了

這樣一顆芯片,圖片上看起來也許很大,其實他的實際大小隻有大拇指的指甲蓋一樣大,但是引腳卻達到了256個,如果用QFP封裝,想都不敢想這個芯片要有多大。

除了BGA,對比以前的SOP,現在一出現了更加小型化的QFN封裝,同樣引腳也在四周一圈,但是並沒有伸出去,而是藏在了下面。這樣體積進一步縮小了。


目前最小的封裝是WLCSP,這種封裝,第一次將封裝做得幾乎和晶片(die)一樣大。


上圖的這種16個腳的WLCSP封裝,實際體積就只有火柴頭那麼大點。下面是一個這幾年的一些新興封裝的大小對比,大家可以看看,注意,其中最大的那個,也只有指甲蓋大小。


我們愛科學


技術進步了,怎樣更方便人們生活需要,當然能怎麼來就怎麼來。就拿取快遞來說,從前的學校都是到一個大房間裡,找屬於自己的快遞,現在很多的學校都發展成拿取件號到對應的儲物箱直接取快遞,像拿自己存了許久的物件一樣方便。因為,技術!

最先的芯片爪子是下圖這樣的,其實叫雙列直插式封裝技術,看起來十分佔位不小巧,和現在的很多芯片比起來技術差距一下就可以看出來了。

接著是從前常見的芯片爪子(其實叫管腳)很多(其實叫QFP方形扁平式封裝技術),布在芯片四周,這主要是用於個其它的器件之間進行連接,後來,在生活實踐中的慢慢運用,人們發現生活中對芯片功能需要的越來越多,不斷開發,爪子多了,芯片的面積隨之增加,而這樣的話就出現了一個很不方便的問題:芯片面積很大,因此後來研發出了(BGA)球柵陣列式封裝技術)代替它。

它們兩者之間的主要區別說大也不大,說小也不小,BGA技術就是將爪子分佈到芯片的背面,排的很密集,足夠應用複雜的芯片上。而QFP技術是分佈在四周,更加方便焊接。還有另一方面,QFP技術的芯片可以用鉻鐵手焊,不過BGA技術的芯片只能用機器打上去了。

就整個趨勢來說,芯片現在的集成度越來越高,小型化也越來越強,不然手機怎麼會越來越薄呢?當然,技術越高,對加工過程的要求也會高了。


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如你所說的,周圍有很多爪子的芯片,專業名稱叫做直插式封裝,這種封裝是早期的封裝技術的產物,易於生產,方便安裝和焊接,所以以前很受歡迎。

但這種封裝有一個缺點就是體積佔用太大,隨著時間的推移,技術的進步,電路板的集成度越來越高,一個手機主板上要放置數以千計的器件,如果使用直插封裝的話在有限的體積內是無法放下如此多的元器件的,所以後來芯片廠商開發出了BGA、QFN等等封裝形式,這些封裝將管腳隱藏在芯片的底部,不佔用額外的面積,也方便大規模的機器貼片,所以現在逐漸成為了主流封裝。


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編程鎮魔司


這是因為電子技術進步了。

由於電子產品功能一直在增強,體積重量卻越來越小。電子元器件集成度越來越高。半導體的封裝技術和電路板的表面貼裝技術不斷的向集成化小型化發展。

提問中說的芯片四周有很多爪子(管腳)叫做QFP方型扁平式封裝技術(Quad Flat Package)。


後來人們需要在一個小芯片上實現更多的功能,需要更多的管腳,四個邊裝不下了,於是就搞出了在芯片肚皮下裝管腳的技術,BGA封裝技術(Ball Grid Array Package)球柵陣列封裝。


後來芯片尺寸更小了,管腳更多了!就搞出了——倒裝芯片(Flip chip)技術也叫晶圓級封裝(WLCSP)技術。


在QFP之前的是什麼樣子呢?

DIP



SIP


雲過敬亭山


感謝您的閱讀!

什麼芯片爪子?其實是雙列直插式封裝技術(DIP)!DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳,能夠插在具有DIP結構的芯片插座上。不過,我們在使用的時候,通過從芯片插座上插拔時應特別小心,容易損壞管腳。

不過,隨著技術的發展,DIP這種插針式芯片已經不怎麼被使用了,如今主流使用的是SOP、QFN、BGA三種。

我們就說QFN,方形扁平無引腳封裝,它可以直接貼裝芯片封裝技術。不過,這種技術的優點非常多,通過表面貼裝,無引腳焊盤設計,能夠讓芯片佔有更小的PCB面積,質量也比較輕,沒有引腳設計。

BGA技術,球狀引腳柵格陣列封裝技術,它是一種高密度表面裝配封裝技術。這種設計能夠帶來更小體積,更好的散熱性能和電性能,而且這項技術,信號傳輸延遲小,使用頻率大大提高。

其實,技術的進步讓DIP慢慢被淘汰,而BGA也將成為目前主要的技術,畢竟它的優勢更強一些。畢竟,集成度越來越高的芯片,對於芯片的要求越來越大,爪子越多,面積越大,在目前的技術上已經不適應了。


LeoGo科技


時代在發展,科技在進步,其實是封裝技術不一樣。

封裝是指安裝半導體集成電路芯片用的外殼,它不僅起著安放、固定、密封、保護芯片和增強導熱性能的作用,而且還是溝通芯片內部世界與外部電路的橋樑--芯片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上,這些引腳又通過印刷電路板上的導線與其他器件建立連接。

芯片的封裝技術已經歷了好幾代的變遷,從DIP,QFP,PGA,BGA,到CSP再到MCM,技術指標一代比一代先進,包括芯片面積與封裝面積之比越來越接近於1,適用頻率越來越高,耐溫性能越來越好。引腳數增多,引腳間距減小,重量減小,可靠性提高,使用更加方便等等。


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