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谈MCU封装:有时产品外部同样重要无比

Kathleen Jachimiak?? 2015年02月13日 ?? 收藏0
我年幼的孩子们十分喜欢摆弄礼品盒和包装纸,从中得到的乐趣与他们从包裹的玩具中得到的乐趣一样多。我可以告诉你其中的原因。封装是十分有趣的,特别是在微控制器领域中是这样。但是为什么呢?我与我们的MCU产品工程团队坐在一起,一起探讨我的问题——阅读下面的内容,你就会了解其中的乐趣所在。

QFP、BGA和CSP ……

快速浏览一下在线经销商的网站就会发现,在各种MCU之间竟然存在多达400余种的封装方案。这可是一堆繁多纷杂的封装方案。但是为什么会有这么多的选择呢?工程师都有各种设计要求,他们设计的应用各不相同,就会出现各种不同的要求。有些设计会有最小的尺寸,其它则会出于简化生产要求和降低PCB成本,会寻找不同的封装规格;有些人则最为关心它们产品的长期可靠性。工程师在选择封装类型时主要关注三个标准:型号、外形尺寸和引脚间距。鉴于通常涉及到众多技术方面的情况,封装型号会产生首字母缩略词过多的问题。为了应对广泛的客户群体,MCU如今提供以下各种不同的封装型号:QFN、SOP、 SOIC、BGA、CSP和QFP……。

QFP

QFP或四面扁平封装是一种“翼形”的表面安装集成电路封装;引线延伸至四侧。LQFP是一种小外形四面扁平封装,它可以提供更薄的主体厚度,仅有1.4毫米,几乎是某些传统式QFP的一半高。采用QFP技术的MCU充分利用了这种较薄主体封装的优势。

BGA

与QFP相比,球栅阵列(BGA)封装将焊锡球放置在封装下面的排列中,而不是将外部引线放置在边缘处。这可以在指定区域支持更多的电气连接,但会增加某些PCB的复杂性。球栅阵列(BGA)封装分为多种类型。引线键合铸造阵列处理球栅阵列(MAPBGA)是一种出色的封装,适用于需要低电感、表面安装便捷、低成本小型占用空间和极高封装可靠性封装的低性能到中级性能器件。

极薄细间距球栅阵列(XFBGA)与LQFP的概念类似,它可以解决厚度或主体高度的问题,且XFBGA的外形高度不到0.5毫米。MCU可以采用传统式BGA和这些极薄的MABPGA。

CSP

CSP是芯片尺寸封装的缩写。根据IPC的标准J-STD-012,该封装的面积必须不能大于晶片的20%,而且它必须属于单晶片、直接表面安装式封装,具备“芯片尺寸”的要求。在这种宽泛的定义下,即使BGA封装也可以归属到这一类别。事实上,我研究过超过50种不同类型的CSP。晶圆级芯片尺寸封装或者WLCSP技术是一种真正的CSP技术,因为这种封装的尺寸通常与晶片的尺寸相同,只有一个阵列的模块或焊锡球那么大小,连接在I/O间距处,可以兼容传统的电路线路板装配过程。这些类型的封装尺寸极小——甚至比高尔夫球上面的小坑还要小。迷你MCU采用WLCSP技术,主要面向真正注重微型化价值的这类应用。

一款难合众意

和大多数人一样,我首先会购买礼品,接下来再买礼品盒、袋子、包装、丝带和明信片。但是,MCU的情况不必这样。通常封装是关键的决策因素。对我而言接到销售人员的电话非常正常:“我的客户需要采用6毫米x 6毫米BGA封装的5V MCU部件——我们该怎么办?”他们从不会提到速度或外设组合的要求,只是关于I/O电压的通用要求和极为特殊的封装要求。显而易见,封装通常是选择MCU的首要因素。因为MCU的使用场所无处不在,你可以想象它的封装要求会无穷无尽各有不同。一名建造100个大型工业机器设备的工程师与某位建造1000万个便捷式设备单元的工程师,肯定会有不同的需求。存在无数种不同的选项,决定哪一种封装类型会更好,从信号通路到PCB层次的可焊性和可靠性,工程师会无所不谈。然而,一旦他们针对其项目确定了适合的封装类型之后,还必须解决尺寸和引脚间距的标准。芯片的尺寸对终端设备的整体规格会产生直接影响。MCU当然是一个三维物体,但传统上来说,设计人员真的只会关注X轴和Y轴两维尺寸。随着人们意识到器件高度也同样超级重要时,这一情况正在开始发生变化,这就是我提到的极薄封装变得日益重要的原因所在。间距是各个引脚之间的间隔尺寸(即相邻引脚中心之间的距离),它会对PCB布局和制造能力产生直接影响。对于指定规格的封装而言,间距尺寸越小,引脚的数量会越大。然而,间距尺寸越小,为了确保稳健和可靠线路板组装需要关注的因素就会越多。你可能会问道,为什么我没有提到引脚数量这样明显的选型因素。事实上,只要你的尺寸和间距恰当,便可以提供适用的功能,引脚数量并没有那么重要。


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MCU? 封装?

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