談MCU封裝：有時(shí)產(chǎn)品外部同樣重要無比

我年幼的孩子們十分喜歡擺弄禮品盒和包裝紙，從中得到的樂趣與他們從包裹的玩具中得到的樂趣一樣多。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，一起探討我的問題——閱讀下面的內(nèi)容，你就會(huì)了解其中的樂趣所在。

QFP、BGA和CSP ……

快速瀏覽一下在線經(jīng)銷商的網(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，他們設(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)品的長期可靠性。工程師在選擇封裝類型時(shí)主要關(guān)注三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：型號、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，封裝型號會(huì)產(chǎn)生首字母縮略詞過多的問題。為了應(yīng)對廣泛的客戶群體，MCU如今提供以下各種不同的封裝型號：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。

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)封裝分為多種類型。引線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性能器件。

極薄細(xì)間距球柵陣列(XFBGA)與LQFP的概念類似，它可以解決厚度或主體高度的問題，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。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別。事實(shí)上，我研究過超過50種不同類型的CSP。晶圓級芯片尺寸封裝或者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)的電路線路板裝配過程。這些類型的封裝尺寸極小——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)值的這類應(yīng)用。

一款難合眾意

和大多數(shù)人一樣，我首先會(huì)購買禮品，接下來再買禮品盒、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。對我而言接到銷售人員的電話非常正常：“我的客戶需要采用6毫米x 6毫米BGA封裝的5V MCU部件——我們該怎么辦?”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，封裝通常是選擇MCU的首要因素。因?yàn)镸CU的使用場所無處不在，你可以想象它的封裝要求會(huì)無窮無盡各有不同。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。存在無數(shù)種不同的選項(xiàng)，決定哪一種封裝類型會(huì)更好，從信號通路到PCB層次的可焊性和可靠性，工程師會(huì)無所不談。然而，一旦他們針對其項(xiàng)目確定了適合的封裝類型之后，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)上來說，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重要時(shí)，這一情況正在開始發(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PCB布局和制造能力產(chǎn)生直接影響。對于指定規(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)健和可靠線路板組裝需要關(guān)注的因素就會(huì)越多。你可能會(huì)問道，為什么我沒有提到引腳數(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)量并沒有那么重要。