談MCU封裝：有時(shí)產(chǎn)品外部同樣重要無(wú)比

我年幼的孩子們十分喜歡擺弄禮品盒和包裝紙，從中得到的樂(lè)趣與他們從包裹的玩具中得到的樂(lè)趣一樣多。我可以告訴你其中的原因。封裝是十分有趣的，特別是在微控制器領(lǐng)域中是這樣。但是為什么呢?我與我們的MCU產(chǎn)品工程團(tuán)隊(duì)坐在一起，一起探討我的問(wèn)題——閱讀下面的內(nèi)容，你就會(huì)了解其中的樂(lè)趣所在。

QFP、BGA和CSP ……

快速瀏覽一下在線(xiàn)經(jīng)銷(xiāo)商的網(wǎng)站就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在各種MCU之間竟然存在多達(dá)400余種的封裝方案。這可是一堆繁多紛雜的封裝方案。但是為什么會(huì)有這么多的選擇呢?工程師都有各種設(shè)計(jì)要求，他們?cè)O(shè)計(jì)的應(yīng)用各不相同，就會(huì)出現(xiàn)各種不同的要求。有些設(shè)計(jì)會(huì)有最小的尺寸，其它則會(huì)出于簡(jiǎn)化生產(chǎn)要求和降低PCB成本，會(huì)尋找不同的封裝規(guī)格;有些人則最為關(guān)心它們產(chǎn)品的長(zhǎng)期可靠性。工程師在選擇封裝類(lèi)型時(shí)主要關(guān)注三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：型號(hào)、外形尺寸和引腳間距。鑒于通常涉及到眾多技術(shù)方面的情況，封裝型號(hào)會(huì)產(chǎn)生首字母縮略詞過(guò)多的問(wèn)題。為了應(yīng)對(duì)廣泛的客戶(hù)群體，MCU如今提供以下各種不同的封裝型號(hào)：QFN、SOP、 SOIC、BGA、CSP和QFP……。

QFP

QFP或四面扁平封裝是一種“翼形”的表面安裝集成電路封裝;引線(xiàn)延伸至四側(cè)。LQFP是一種小外形四面扁平封裝，它可以提供更薄的主體厚度，僅有1.4毫米，幾乎是某些傳統(tǒng)式QFP的一半高。采用QFP技術(shù)的MCU充分利用了這種較薄主體封裝的優(yōu)勢(shì)。

BGA

與QFP相比，球柵陣列(BGA)封裝將焊錫球放置在封裝下面的排列中，而不是將外部引線(xiàn)放置在邊緣處。這可以在指定區(qū)域支持更多的電氣連接，但會(huì)增加某些PCB的復(fù)雜性。球柵陣列(BGA)封裝分為多種類(lèi)型。引線(xiàn)鍵合鑄造陣列處理球柵陣列(MAPBGA)是一種出色的封裝，適用于需要低電感、表面安裝便捷、低成本小型占用空間和極高封裝可靠性封裝的低性能到中級(jí)性能器件。

極薄細(xì)間距球柵陣列(XFBGA)與LQFP的概念類(lèi)似，它可以解決厚度或主體高度的問(wèn)題，且XFBGA的外形高度不到0.5毫米。MCU可以采用傳統(tǒng)式BGA和這些極薄的MABPGA。

CSP

CSP是芯片尺寸封裝的縮寫(xiě)。根據(jù)IPC的標(biāo)準(zhǔn)J-STD-012，該封裝的面積必須不能大于晶片的20%，而且它必須屬于單晶片、直接表面安裝式封裝，具備“芯片尺寸”的要求。在這種寬泛的定義下，即使BGA封裝也可以歸屬到這一類(lèi)別。事實(shí)上，我研究過(guò)超過(guò)50種不同類(lèi)型的CSP。晶圓級(jí)芯片尺寸封裝或者WLCSP技術(shù)是一種真正的CSP技術(shù)，因?yàn)檫@種封裝的尺寸通常與晶片的尺寸相同，只有一個(gè)陣列的模塊或焊錫球那么大小，連接在I/O間距處，可以兼容傳統(tǒng)的電路線(xiàn)路板裝配過(guò)程。這些類(lèi)型的封裝尺寸極小——甚至比高爾夫球上面的小坑還要小。迷你MCU采用WLCSP技術(shù)，主要面向真正注重微型化價(jià)值的這類(lèi)應(yīng)用。

一款難合眾意

和大多數(shù)人一樣，我首先會(huì)購(gòu)買(mǎi)禮品，接下來(lái)再買(mǎi)禮品盒、袋子、包裝、絲帶和明信片。但是，MCU的情況不必這樣。通常封裝是關(guān)鍵的決策因素。對(duì)我而言接到銷(xiāo)售人員的電話(huà)非常正常：“我的客戶(hù)需要采用6毫米x 6毫米BGA封裝的5V MCU部件——我們?cè)撛趺崔k?”他們從不會(huì)提到速度或外設(shè)組合的要求，只是關(guān)于I/O電壓的通用要求和極為特殊的封裝要求。顯而易見(jiàn)，封裝通常是選擇MCU的首要因素。因?yàn)镸CU的使用場(chǎng)所無(wú)處不在，你可以想象它的封裝要求會(huì)無(wú)窮無(wú)盡各有不同。一名建造100個(gè)大型工業(yè)機(jī)器設(shè)備的工程師與某位建造1000萬(wàn)個(gè)便捷式設(shè)備單元的工程師，肯定會(huì)有不同的需求。存在無(wú)數(shù)種不同的選項(xiàng)，決定哪一種封裝類(lèi)型會(huì)更好，從信號(hào)通路到PCB層次的可焊性和可靠性，工程師會(huì)無(wú)所不談。然而，一旦他們針對(duì)其項(xiàng)目確定了適合的封裝類(lèi)型之后，還必須解決尺寸和引腳間距的標(biāo)準(zhǔn)。芯片的尺寸對(duì)終端設(shè)備的整體規(guī)格會(huì)產(chǎn)生直接影響。MCU當(dāng)然是一個(gè)三維物體，但傳統(tǒng)上來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)人員真的只會(huì)關(guān)注X軸和Y軸兩維尺寸。隨著人們意識(shí)到器件高度也同樣超級(jí)重要時(shí)，這一情況正在開(kāi)始發(fā)生變化，這就是我提到的極薄封裝變得日益重要的原因所在。間距是各個(gè)引腳之間的間隔尺寸(即相鄰引腳中心之間的距離)，它會(huì)對(duì)PCB布局和制造能力產(chǎn)生直接影響。對(duì)于指定規(guī)格的封裝而言，間距尺寸越小，引腳的數(shù)量會(huì)越大。然而，間距尺寸越小，為了確保穩(wěn)健和可靠線(xiàn)路板組裝需要關(guān)注的因素就會(huì)越多。你可能會(huì)問(wèn)道，為什么我沒(méi)有提到引腳數(shù)量這樣明顯的選型因素。事實(shí)上，只要你的尺寸和間距恰當(dāng)，便可以提供適用的功能，引腳數(shù)量并沒(méi)有那么重要。