芯片传统封装形式介绍

文章来源：学习那些事

原文作者：前路漫漫

本文对传统封装形式做了简单的介绍。

概述

微电子封装技术每15年左右更新迭代一次。1955年起，晶体管外形（TO）封装成为主流，主要用于封装晶体管和小规模集成电路，引脚数3 - 12个。1965年，双列直插式封装兴起，引脚数增至6 - 64个，间距2.54mm。1980年，表面贴装技术取代通孔插装技术，小外形封装、四边引脚扁平封装等形式涌现，引脚数扩展到3 - 300个，间距1.27 - 0.4mm 。1995年后，BGA封装成为主流。2010年起，晶圆级封装等先进封装技术蓬勃发展。

本文将简单介绍在 BGA 封装技术普及之前，传统封装技术的典型代表形式及其技术特点。

晶体管外形封装

晶体管外形封装是早期晶体管及小规模集成电路的直插式封装形式，按外壳材质分为金属、陶瓷和塑料三类，能满足器件基本电气和保护需求。

单列直插式封装

单列直插式封装适用于引脚少的场景，引脚从一侧引出排成直线，中心距为2.54mm或1.27mm ，便于电路板设计制造。

双列直插式封装

双列直插式封装（DIP）诞生于20世纪60年代，是中小规模IC芯片常用封装。引脚数4 - 64个，分为陶瓷（CDIP）和塑料（PDIP）两种材质，I/O引脚节距1.78mm或2.54mm。它适配PCB通孔插装，利于布线，可直接焊接或通过插座连接。

1.陶瓷熔封双列直插式封装（CerDIP）

由日立公司在1967年左右开发，采用低熔点玻璃密封，引线节距2.54mm。通过陶瓷制备、玻璃印刷、引线框架嵌入、芯片键合、焊线、密封和引脚处理完成封装。该工艺成本低，曾占据市场主导，但因体积大已逐渐被替代。

2.多层陶瓷双列直插式封装

生瓷片采用流延法制备，经裁切、通孔加工、金属化、层压、热切等工序，再经排胶、高温烧制和表面处理完成外壳制作。相比CerDIP，它可通过优化布线提升电性能，如降低电感、减少串扰和控制阻抗。

3.塑料双列直插式封装

塑料双列直插式封装（PDIP）是以环氧树脂模塑料作为包封材料的DIP封装形式，属于典型的传统塑料封装工艺。其制造流程通常包含芯片固晶、引线键合、注塑成型、去飞边、后固化等多个环节。通过将芯片固定在引线框架上，利用金属丝键合实现芯片与引脚的电气连接，再经过模塑料注塑完成整体封装。这种封装形式凭借成本低、工艺成熟、良品率高的特点，在20世纪80 - 90年代广泛应用于计算器、家电控制板等中小规模集成电路产品中。不过随着电子产品向小型化、轻薄化发展，PDIP因体积较大、引脚间距宽等局限性，逐渐被表面贴装封装形式所取代，但在一些对成本敏感、性能要求不高的低端电子产品中仍有应用。

针栅阵列封装

针栅阵列封装（PGA）是为应对高I/O数量与有限封装面积之间矛盾而诞生的插装型引脚阵列封装技术，与之类似的还有球栅阵列封装（BGA）和触点阵列封装（LGA）。

PGA主要分为陶瓷PGA（CPGA）和塑料PGA（PPGA）两种类型，CPGA常用于对可靠性、散热性能和电气性能要求较高的高端处理器、服务器芯片等领域。例如，一些早期的大型计算机、高端工作站的处理器常采用 CPGA 封装。PPGA则更多地应用于普通个人电脑的处理器、消费类电子产品的芯片等领域。这些领域对成本较为敏感，同时对散热性能和电气性能的要求也相对较低。PGA外形一般呈方形或长方形，在封装体底面以阵列形式排布插针型引脚，常见的引脚中心距规格为2.54mm和1.27mm。在实际应用中，PGA可通过通孔插装方式直接焊接到电路板上，也可以插入专用的PGA插座实现与电路系统的连接。自Intel 80486芯片开始，配套出现了ZIF（Zero Insertion Force Socket，零插拔力插座），这种插座允许PGA封装的CPU在无压力状态下插入和拔出，极大地提高了安装的便利性和可靠性。PGA的引脚数量根据不同应用需求，从64个到上千个不等，例如AMD公司的Ryzen系列处理器采用的AM4接口PGA封装，能够容纳多达1331个引脚，有效满足了高性能芯片复杂的信号传输需求 。

小外形晶体管封装

小外形晶体管（SOT）封装作为最早一批实现商业化应用的表面贴装有源器件封装形式，采用塑料材质进行封装，一般具有3 - 5个引脚，具有体积小、重量轻、安装便捷等特点，广泛应用于手机、数码相机、便携式播放器等消费类电子产品的电源管理、信号放大等电路模块中。最常见的SOT封装类型为SOT23，其外形呈扁平状，三个引脚分布在封装体两侧；此外，还衍生出SOT89、SOT143等多种类型。SOT89封装通常用于功率晶体管，具有更大的散热面积；SOT143则适用于高频信号处理，具备更好的电气性能。值得注意的是，在实际生产和应用过程中，TO - 92封装有时也会被部分厂商归为SOT54，这主要是因为两者在外形尺寸和引脚布局上存在一定相似性，体现了封装命名在实际使用中的灵活性和交叉性。

小外形封装

随着电子技术对封装密度和集成度要求的不断提高，表面贴装技术（SMT）逐渐兴起，小外形封装（SOP）便是早期SMT封装的典型代表。SOP封装是在双列直插式封装（DIP）基础上发展而来，为适应SMT工艺对引脚结构和间距的要求，将引脚向外弯曲成海鸥翼形状，并缩小引脚间距和封装尺寸。为进一步提高电路板组装密度，在SOP基础上又发展出了SOJ（Small Outline J - lead）封装，其将引脚向内弯曲成J形，使得封装在印刷电路板（PWB）上占用的面积更小。SOP与SOJ封装的引脚节距常见规格有1.27mm、1.0mm、0.65mm等，引脚数量范围通常在8 - 86个之间。在引线框架材料选择上，早期多采用可伐合金、42铁镍合金，这些材料与芯片的热膨胀系数较为匹配，能够有效降低因热失配产生的应力；而随着技术发展，Cu合金凭借其优异的导电导热性能和良好的柔韧性，逐渐成为SOP和SOJ引线框架的主流材料。此外，SOP还衍生出窄节距SSOP、薄型TSOP等多种变种，以满足不同应用场景对封装尺寸和性能的需求，部分厂商也会使用SOIC这一别名来指代SOP类型封装。

四边扁平封装

20世纪80年代，为满足大规模集成电路高引脚数需求，日本研发出四边扁平封装（QFP）。作为表面贴装型封装，它将双排引脚扩展为四边布局，显著提升引脚数量与布线密度。QFP主要分为塑料QFP（PQFP）和陶瓷QFP（CQFP），其引脚多为海鸥翼形；若引脚改为J形，则演变为QFJ封装，典型代表是PLCC（塑料有引线片式载体）。

PQFP因工艺简单、成本低应用广泛，引脚节距常见1.0mm、0.8mm、0.65mm；薄型TQFP进一步降低厚度，引脚节距更精细。CQFP常用于军事、航空航天等对可靠性要求极高的领域，用于气密型封装 。PLCC引脚间距1.27mm，引脚数20 - 84个，可直接焊接或通过插座安装。

QFP

QFJ

无引脚封装

四边扁平无引脚封装（QFN）是新型表面贴装封装，外形呈方形或长方形，侧边设导电焊盘，无传统引脚。底部中央的大面积裸焊盘用于高效散热，分为塑料PQFN和陶瓷CQFN（又称陶瓷无引脚片式载体LCC）。

QFN的外引脚和散热焊盘通过半刻蚀形成，相比QFP，它封装紧凑、引脚不易损坏，电性能优异且散热良好，成本也较低。以32引脚的QFN与28引脚PLCC对比，QFN在面积、厚度、质量和寄生效应等方面均有显著优化，广泛应用于智能手机、物联网等小型高性能电子产品 。

载带自动焊封装

载带自动焊（TAB，Tape Automated Bonding）封装是一种先进的集成电路封装技术，采用专用工艺将芯片精准安置于经金属化处理的特制载带上。此类载带多以聚酰亚胺等高分子材料为基底，通过光刻、刻蚀等工艺在表面形成与芯片引脚匹配的金属布线图案。在实际封装作业时，借助热压焊、超声焊或热超声焊等技术，实现芯片电极与载带金属布线间的稳固电气连接。与传统封装方式相比，TAB封装具备独特优势：其一，能够实现极小的引脚间距，充分满足高密度互连的技术要求；其二，高度适配自动化生产流程，可达成芯片的高速组装，显著提高生产效率；其三，封装成品轻薄，契合便携式电子设备对轻量化、小型化的严苛设计标准。凭借这些技术优势，TAB封装在液晶显示驱动芯片、5G通信芯片等对性能和空间要求较高的领域中。

TAB封装示意图