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IC知识培训
IC知识简介
1947年第一颗电晶体发明成功，结束了真空管的时代，而1958年TI成功开发出全球第一颗IC，又宣告电晶体的时代结束，IC的时代由此正式开始。
从此开始各式IC不断被开发出来，集成度也不断提升，面积也越来越小，而功能则越来越多，性能和可靠性越来越好，这为当今社会的快速发展，起了很大的作用。
IC具有集成度高、体积小、可靠性高、成本低等特点，是继电子管、晶体管之后的第二代电子器件。
根据内部电路的规模，集成电路可分为以下几类：
1、小规模集成电路：
内部只有100个元件以下或10个逻辑门以下的集成电路称为小规模集成电路；
2、MSI（中规模集成电路）：
内部元件数在100个以上、1000个以下，或逻辑门在10个以上、100个以下的称为中规模集成电路；
3、LSI（大规模集成电路）：
内部有1000─10000个元件，或逻辑门在100－1000个的集成电路称大规模集成电路（LSI）；
4、VLSI（超大规模集成电路）：
内部元件数在10000－100000以上的集成电路成为超大规模集成电路。
IC的温度范围主要有以下几种：
C=0℃至+70℃（商业级）
I=-20℃至+85℃（工业级）
E=-40℃至+85℃（扩展工业级）
A=-40℃至+85℃（航空级）
M=-55℃至+125℃（军品级）
IC封装
前言
对于CPU，大家已经很熟悉了，相信你可以如数家珍似地说出各款的型号特点。
但谈到CPU和其他大规模集成电路的封装，真正熟悉的人便寥寥无几。
所谓封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电器性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁。
芯片通过导线连接到封装外壳的引脚，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。
因此，封装对于集成电路来说起着重要的作用。
封装技术概论
人类迈入了21世纪，可以说今后世界的发展都是建立在电子工业的基础上，而电子工业的基础则是IC制造技术。
芯片封装技术的目的在于赋予IC芯片一套组织架构，使其能够发挥稳定的功能。
以芯片的整个制造过程而言，芯片封装技术属于产品后期的制造技术，因此常被认为仅仅是芯片电路制造技术的配角之一。
事实上，封装技术的范围涵盖广泛，它应用了物理、化学、机械、材料、机电等等知识，也使用了金属、陶瓷、高分子等各种各样的材料。
在微电子领域中对芯片的功能要求越来越高，对芯片的使用环境越来越苛刻。
开发芯片封装技术的重要性不亚于芯片制造技术和其他微电子相关技术，故世界上各大微电子公司都争相研发新一代的封装方式，以求得技术的领先。
封装的主要生产过程包括：
晶圆切割，将晶圆上每一晶粒加以切割分离；粘晶（Die-Attach），将切割完成的晶粒放置在导线架上；焊线（Wire Bond），将晶粒信号接点用金属线连接至导线架上；封胶，将晶粒与外界隔绝；剪切/成型，将封胶后多余的残胶去除，并将导线架上IC加以剪切成型；印字，在IC表面打上型号、生产日期、批号等信息；检测，测试芯片产品的优劣。
集成电路的封装材料主要有三种：
塑料、金属以及陶瓷。
封装在IC制造流程中的位置
怎样衡量一个芯片封装技术是否先进呢？
首先，要看芯片面积与封装面积之比，其比值越接近1越好。
当然这个比值永远也不可能等于1，那应该称作“裸晶”。
例如以采用40引脚的塑封双列直插式封装（PDIP）的CPU为例，其芯片面积/封装面积=3×3/15.24×50=1/85，离1相差很远。
不难看出，这种封装尺寸远比芯片大，说明封装效率很低，占去了很多有效安装面积。
接着要看引脚的设计。
理论上来说引脚要尽量的短，以减少信号延迟；引脚间的距离要尽量远，以保证互不干扰。
但随着晶体管集成的数量越来越庞大，单一芯片中附加的功能越来越多，引脚的数目正在与日俱增，其间距也越来越小。
引脚的数量从几十，逐渐增加到几百，今后5年内可能达2000。
基于散热的要求，封装越薄越好。
随着芯片集成度的提高，芯片的发热量也越来越大。
除了采用更为精细的芯片制造工艺以外，封装设计的优劣也是至关重要的因素。
设计出色的封装形式可以大大增加芯片的各项电器性能。
如比较小的阻抗值、较强的抗干扰能力、较小的信号失真等。
芯片的封装技术经历了好几代的变迁，从DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM。
技术指标和电器性能一代比一代先进。
下面就给大家介绍芯片的各种封装技术。
1、DIP封装
在20世纪70年代流行的是双列直插封装——DIP（Dual In－line Package），是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片。
绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式，其引脚一般不超过100个，是Intel的8位和16位处理芯片采用的封装方式。
缓存芯片、BIOS芯片和早期的内存芯片也使用这种封装形式，它的引脚从两端引出，需要插入到专用的DIP芯片插座上。
当然，也可以直接在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。
DIP封装的芯片在插座上插拔时应特别小心，以免损坏引脚。
后来衍生的DIP封装结构形式有：
多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP。
封装的材料也是多种多样，含玻璃陶瓷封装、塑料包封装、陶瓷低熔玻璃封装等。
DIP封装适合焊接在早期的单层PCB电路板上，采用穿孔焊接方式，操作方便。
但由于芯片面积与封装面积之间的比值较大，所以体积也较大，同时发热量也很高。
DIP封装具有以下特点：
1.适合在PCB（印刷电路板）上穿孔焊接，操作方便。
2.芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。
Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式，缓存（Cache）和早期的内存芯片是这种封装形式。
主要有两种形式：
1.CDIP（CeramicDual-In-LinePackage）:
陶瓷双列直插式封装
2.PDIP（PlasticDual-In-LinePackage）:
塑料双列直插式封装
2、QFP塑料方型扁平式封装和PFP塑料扁平组件式封装
QFP（PlasticQuadFlatPackage）封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在100个以上。
用这种形式封装的芯片必须采用SMD（表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。
采用SMD安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。
将芯片各脚对准相应的焊点，即可实现与主板的焊接。
用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。
PFP（PlasticFlatPackage）方式封装的芯片与QFP方式基本相同。
唯一的区别是QFP一般为正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是长方形。
QFP/PFP封装具有以下特点：
1.适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上安装布线。
2.适合高频使用。
3.操作方便，可靠性高。
4.芯片面积与封装面积之间的比值较小。
QFP封装形式有以下几种：
1.CQFP（CeramicQuadFlatPack）：
陶瓷四方扁平封装
2.PQFP（PlasticQuadFlatPack）：
塑料四方扁平封装
3.SSQFP（Self-SolderQuadFlatPack）：
自焊接式四方扁平封装
4.TQFP（ThinQuadFlatPack）：
纤薄四方扁平封装
5.SQFP（ShrinkQuadFlatPackage）：
缩小四方扁平封装
3、PGA插针网格阵列封装
（CPGA（CeramicPinGridArray）:
陶瓷针栅阵列封装）
PGA（PinGridArrayPackage）芯片封装形式在芯片的内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列。
根据引脚数目的多少，可以围成2-5圈。
安装时，将芯片插入专门的PGA插座。
为使CPU能够更方便地安装和拆卸，从486芯片开始，出现一种名为ZIF的CPU插座，专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求。
ZIF（ZeroInsertionForceSocket）是指零插拔力的插座。
把这种插座上的扳手轻轻抬起，CPU就可很容易、轻松地插入插座中。
然后将扳手压回原处，利用插座本身的特殊结构生成的挤压力，将CPU的引脚与插座牢牢地接触，绝对不存在接触不良的问题。
而拆卸CPU芯片只需将插座的扳手轻轻抬起，则压力解除，CPU芯片即可轻松取出。
PGA封装具有以下特点：
1.插拔操作更方便，可靠性高。
2.可适应更高的频率。
Intel系列CPU中，80486和Pentium、PentiumPro均采用这种封装形式。
4、BGA球栅阵列封装
随着集成电路技术的发展，对集成电路的封装要求更加严格。
这是因为封装技术关系到产品的功能性，当IC的频率超过100MHz时，传统封装方式可能会产生所谓的“CrossTalk”现象，而且当IC的管脚数大于208Pin时，传统的封装方式有其困难度。
因此，除使用QFP封装方式外，现今大多数的高脚数芯片（如图形芯片与芯片组等）皆转而使用BGA（BallGridArrayPackage）封装技术。
BGA一出现便成为CPU、主板上南/北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。
BGA封装技术又可详分为以下几类：
1.PBGA（PlasricBGA）：
塑胶球栅阵列，一般为2-4层有机材料构成的多层板。
Intel系列CPU中，PentiumII、III、IV处理器均采用这种封装形式。
2.CBGA（CeramicBGA）：
陶瓷球状栅格阵列，即陶瓷基板，芯片与基板间的电气连接通常采用倒装芯片（FlipChip，简称FC）的安装方式。
Intel系列CPU中，PentiumI、II、PentiumPro处理器均采用过这种封装形式。
3.FCBGA（FilpChipBGA）：
倒装球栅阵列，硬质多层基板。
4.TBGA（TapeBGA）：
载带球栅阵列，基板为带状软质的1-2层PCB电路板。
5.CDPBGA（CarityDownPBGA）：
指封装中央有方型低陷的芯片区（又称空腔区）。
6.EPBGA（EnhancedPlasticBallGridArray）:
增强的塑胶球栅阵列
7.FC-CBGA（FlipChipCeramicBallGridArray）:
倒装陶瓷球栅阵列
8.FC-PBGA（FlipChipPlasticBallGridArray）:
倒装塑胶球栅阵列
BGA封装具有以下特点：
1.I/O引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于QFP封装方式，提高了成品率。
2.虽然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善电热性能。
3.信号传输延迟小，适应频率大大提高。
4.组装可用共面焊接，可靠性大大提高。
BGA封装方式经过十多年的发展已经进入实用化阶段。
1987年，日本西铁城（Citizen）公司开始着手研制塑封球栅面阵列封装的芯片（即BGA）。
而后，摩托罗拉、康柏等公司也随即加入到开发BGA的行列。
1993年，摩托罗拉率先将BGA应用于移动电话。
同年，康柏公司也在工作站、PC电脑上加以应用。
直到五六年前，Intel公司在电脑CPU中（即奔腾II、奔腾III、奔腾IV等），以及芯片组（如i850）中开始使用BGA，这对BGA应用领域扩展发挥了推波助澜的作用。
目前，BGA已成为极其热门的IC封装技术，其全球市场规模在2000年为12亿块，预计2005年市场需求将比2000年有70%以上幅度的增长。
5、CSP芯片尺寸封装
随着全球电子产品个性化、轻巧化的需求蔚为风潮，封装技术已进步到CSP（ChipSizePackage）。
它减小了芯片封装外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封装尺寸就有多大。
即封装后的IC尺寸边长不大于芯片的1.2倍，IC面积只比晶粒（Die）大不超过1.4倍。
CSP封装又可分为四类：
1.LeadFrameType（传统导线架形式），代表厂商有富士通、日立、Rohm、高士达（Goldstar）等等。
2.RigidInterposerType（硬质内插板型），代表厂商有摩托罗拉、索尼、东芝、松下等等。
3.FlexibleInterposerType（软质内插板型），其中最有名的是Tessera公司的microBGA，CTS的sim-BGA也采用相同的原理。
其他代表厂商包括通用电气（GE）和NEC。
4.WaferLevelPackage（晶圆尺寸封装）：
有别于传统的单一芯片封装方式，WLCSP是将整片晶圆切割为一颗颗的单一芯片，它号称是封装技术的未来主流，已投入研发的厂商包括FCT、Aptos、卡西欧、EPIC、富士通、三菱电子等。
CSP封装具有以下特点：
1.满足了芯片I/O引脚不断增加的需要。
2.芯片面积与封装面积之间的比值很小。
3.极大地缩短延迟时间。
CSP封装适用于脚数少的IC，如内存条和便携电子产品。
未来则将大量应用在信息家电（IA）、数字电视（DTV）、电子书（E-Book）、无线网络WLAN／GigabitEthemet、ADSL／手机芯片、蓝芽（Bluetooth）等新兴产品中。
6、MCM多芯片模块
为解决单一芯片集成度低和功能不够完善的问题，把多个高集成度、高性能、高可靠性的芯片，在高密度多层互联基板上用SMD技术组成多种多样的电子模块系统，从而出现MCM（MultiChipModel）多芯片模块系统。
MCM具有以下特点：
1.封装延迟时间缩小，易于实现模块高速化。
2.缩小整机/模块的封装尺寸和重量。
3.系统可靠性大大提高。
主要形式：
1.陶瓷
2.金属
3.DIP双列直插
4.扁平封装管壳
7、其它的封装形式
ØSIP（Single-In-LinePackage）:
单列直插式封装
ØSIPP（SingleIn-LinePinPackage）:
单列直插式接脚封装
ØSOP（SmallOutlinePackage）:
小外形封装,其引脚数目在28以下，引脚分布在两边，手机电路中的码片，字库，电子开关，频率合成器，功放等集成电路常采用这种SOP封装。
•MSOP（MiniatureSmall-OutlinePackage）:
微型外廓封装
•QSOP（Quarter-SizedOutlinePackage）:
四分一尺寸外型封装
•QVSOP（Quarter-sizedVerySmall-OutlinePackage）:
四分一体积特小外型封装
•SSOP（ShrinkSmall-OutlinePackage）:
紧缩的小轮廓封装
•TSOP（ThinSmall-OutlinePackage）:
薄型小外型封装
•TSSOP（ThinShrinkSmallOutlinePackage）:
薄型紧缩的小轮廓封装
•VSOP（VerySmallOutlinePackage）：
甚小外形封装
ØSOT：
小外形晶体管，是指内存芯片的两边有一排小的J形引脚，直接附着在印刷电路板的表面上。
SOJ封装一般应用在EDODRAM。
ØSOIC：
小外形集成电路，SOIC是矩形的“双列形”陶瓷管壳。
其典型尺寸小于标准封装管壳。
引脚间距为0.50。
引脚数一般是8-24个，有翼形引脚。
ØDCA（DirectChipAttach）:
芯片直接贴装，将半导体器件直接与电路板互连，从而消除了一层封装。
ØSOJ:
SmallOutlineJ-LeadPackage）:
J形引线小外形封装
ØLCC（LeadlessChipCarrier）:
无引线芯片承载封装，是一个带有贴片腔体的低剖面封装管壳，他兼顾了管壳尺寸。
引脚连接通常都在管壳四面，由金属化区—通常称为堡垒组成。
堡垒是镀金的，通常其中线为.040或.050英寸。
引脚数超过100个，中线按0.020或0.025英寸设置。
这可以将管壳尺寸或外部尺寸减少到最低。
引脚轮廓一般规定为JEDEC，通常分A、B、C、D或E型，最常用的轮廓是C型。
无引线载体可以直接焊接在PC板上，当温度在70℃上起伏时，超过40个引脚的管壳，建议不要直接焊接到PC板上，因为这样会导致TCE，PC板和管壳之间的“热不吻和”最终会导致焊接不牢。
有引脚则不会出现这样的问题，因为他有很多引脚，可以消除热应力。
•CLCC（CeramicLeadedChipCarrierPackage）:
陶瓷引线芯片承载封装
•LCCC（LeadlessCeramicChipCarrier）:
无引线陶瓷芯片承载封装
•PLCC（PlasticLeadedChipCarrier）:
塑料式引线芯片承载封装，适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线，具有外形尺寸小、可靠性高的优点。
•PLCC（PlasticLeadlessChipCarrier）:
塑料无引线芯片承载封装
ØCGA（ColumnGridArray）柱栅阵列，圆柱栅格阵列,用2微米长、0.4微米宽的微型金属柱组成格栅。
CGA既可提供电路连接，又控制了电磁干扰，并且有效地节省了部件的总体积。
ØCCGA（CeramicColumnGridArray）:
陶瓷圆柱栅格阵列
ØLGA（LandGridArray）：
矩栅阵列（岸面栅格阵列）是一种没有焊球的重要封装形式，它可直接安装到印制线路板（PCB）上，比其它BGA封装在与基板或衬底的互连形式要方便的多，被广泛应用于微处理器和其他高端芯片封装上.
ØFCIP（FlipChipInPackage）:
倒装片封装
ØTAPP（ThinArrayPlasticPack）纤薄阵列塑料封装：
TAPP技术具有高、低I/O数、多裸片及SiP等选择，还提供单行及多行标准格式，封装厚度在0.4mm至0.7mm之间，采用无铅焊接和外露裸片盘。
TAPP技术适合用于高速网络、RF产品、PDA、高密度消费产品及电信等领域。
集成电路的代换技巧
一、直接代换
直接代换是指用其他IC不经任何改动而直接取代原来的IC，代换后不影响机器的主要性能与指标。
其代换原则是：
代换IC的功能、性能指标、封装形式、引脚用途、引脚序号和间隔等几方面均相同。
其中IC的功能相同不仅指功能相同；还应注意逻辑极性相同，即输出输入电平极性、电压、电流幅度必须相同。
例如：
图像中放IC，TA7607与TA7611，前者为反向高放AGC，后者为正向高放AGC，故不能直接代换。
除此之外还有输出不同极性AFT电压，输出不同极性的同步脉冲等IC都不能直接代换，即使是同一公司或厂家的产品，都应注意区分。
性能指标是指IC的主要电参数（或主要特性曲线）、最大耗散功率、最高工作电压、频率范围及各信号输入、输出阻抗等参数要与原IC相近。
功率小的代用件要加大散热片。
其中
1.同一型号IC的代换
同一型号IC的代换一般是可靠的，安装集成电路时，要注意方向不要搞错，否则，通电时集成电路很可能被烧毁。
有的单列直插式功放IC，虽型号、功能、特性相同，但引脚排列顺序的方向是有所不同的。
例如，双声道功放ICLA4507，其引脚有“正”、“反”之分，其起始脚标注（色点或凹坑）方向不同；没有后缀与后缀为"R"的IC等,例如M5115P与M5115RP.
2.不同型号IC的代换
⑴型号前缀字母相同、数字不同IC的代换。
这种代换只要相互间的引脚功能完全相同，其内部电路和电参数稍有差异，也可相互直接代换。
如：
伴音中放ICLA1363和LA1365，后者比前者在IC第⑤脚内部增加了一个稳压二极管，其它完全一样。
⑵型号前缀字母不同、数字相同IC的代换。
一般情况下，前缀字母是表示生产厂家及电路的类别，前缀字母后面的数字相同，大多数可以直接代换。
但也有少数，虽数字相同，但功能却完全不同。
例如，HA1364是伴音IC，而uPC1364是色解码IC；4558，8脚的是运算放大器NJM4558,14脚的是CD4558数字电路；故二者完全不能代换。
⑶型号前缀字母和数字都不同IC的代换。
有的厂家引进未封装的IC芯片，然后加工成按本厂命名的产品。
还有如为了提高某些参数指标而改进产品。
这些产品常用不同型号进行命名或用型号后缀加以区别。
例如，AN380与uPC1380可以直接代换；AN5620、TEA5620、DG5620等可以直接代换。
一些器件的英文名称
Crystal：
石英体
IC（IntegratedCircuit）：
集成电路
CrystalOscillator：
石英振荡器
FixedInductor：
固定叫感器
Transistor：
三极管
SMDTransistor：
贴片三极管
SwitchingDiode：
开关二极管
LEDDisplay：
发光数码管
SMDDiode：
贴片二极管
ChipCap：
贴片电容器
ChipResistor：
贴片电阻
GermaniumDiode：
检波二极管
Sensor：
光敏感应器
Cable：
电缆
Capacitor：
电容
Connector：
连接器
Fuse：
保险丝
Potentiometers：
电位器
CPLD：
复杂可编程逻辑器件
FPGA：
现场可编程逻辑阵列
ADC：
模数转换器
DAC：
数模转换器
RAM：
随机存储器
ROM：
只读存储器
OTP：
一次可编程（OneTimeProgrammable）
产品命名信息
1、MAXIM（美信公司）
MAXIM推出的专有产品数量在以相当可观的速度增长。
这些器件都按以功能划分的产品类别进行归类。
MAXIM目前是在其每种产品的唯一编号前加前缀“MAX”。
三字母后缀：
例如：
MAX358CPD
MAX=美信公司代号
C=温度范围
P=封装类型
D=管脚数
四字母后缀：
例如：
MAX1480ACPT
MAX=美信公司代号
A=指标等级或附带功能
C=温度范围
P=封装类型
T=管脚数
温度范围：
C=0℃至+70℃（商业级）
I=-20℃至+85℃（工业级）
E=-40℃至+85℃（扩展工业级）
A=-40℃至+85℃（航空级）
M=-55℃至+125℃（军品级）
封装类型：
ASSOP（缩小外型封装）
BCERQUAD
CTO-220，TQFP（薄型四方扁平封装）
D陶瓷铜顶封装
E四分之一大的小外型封装
F陶瓷扁平封装
H模块封装，SBGA（超级球式栅格阵列，5×5TQPF）
JCERDIP（陶瓷双列直插）
KTO-3塑料接脚栅格阵列
LLCC（无引线芯片承载封装）
MMQFP（公制四方扁平封装）
N窄体塑封双列直插
P塑封双列直插
QPLCC（塑料式引线芯片承载封装）
R窄体陶瓷双列直插封装（300mil）
S小外型封装
TTO5，TO-99，TO-100
UTSSOP，μMAX，SOT
W宽体小外型封装（300mil）
XSC-70（3脚，5脚，6脚）
Y窄体铜顶封装
ZTO-92，MQUAD
/D裸片
/PR增强型塑封
/W晶圆
管脚数：
A：
8,B：
10，64,C：
12，192,D：
14,E：
16
F：
22，256,G：
24,H：
44,I：
28,J：
32
K：
5，68,L：
40,M：
7，48,N：
18,O：
42
P：
20,Q：
2，100,R：
3，84,S：
4，80
T：
6，160,U：
60,V：
8（
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