工程師暢談MCU封裝:外部設計同樣重要
發布時間:2015-02-16 來源:Kathleen Jachimiak 責任編輯:sherryyu
【導讀】封裝通常是選擇MCU的首要因素。因為MCU的使用場所無處不在,你可以想象它的封裝要求會無窮無盡各有不同。一名建造100個大型工業機器設備的工程師與某位建造1000萬個便捷式設備單元的工程師,肯定會有不同的需求。存在無數種不同的選項,決定哪一種封裝類型會更好,從信號通路到PCB層次的可焊性和可靠性,工程師會無所不談。
我(wo)年(nian)幼(you)的(de)孩(hai)子(zi)們(men)十(shi)分(fen)喜(xi)歡(huan)擺(bai)弄(nong)禮(li)品(pin)盒(he)和(he)包(bao)裝(zhuang)紙(zhi),從(cong)中(zhong)得(de)到(dao)的(de)樂(le)趣(qu)與(yu)他(ta)們(men)從(cong)包(bao)裹(guo)的(de)玩(wan)具(ju)中(zhong)得(de)到(dao)的(de)樂(le)趣(qu)一(yi)樣(yang)多(duo)。我(wo)可(ke)以(yi)告(gao)訴(su)你(ni)其(qi)中(zhong)的(de)原(yuan)因(yin)。封(feng)裝(zhuang)是(shi)十(shi)分(fen)有(you)趣(qu)的(de),特(te)別(bie)是(shi)在(zai)微控製器領域中是這樣。但是為什麼呢?我與我們的MCU產品工程團隊坐在一起,一起探討我的問題——閱讀下麵的內容,你就會了解其中的樂趣所在。
QFP、BGA和CSP ……
快速瀏覽一下在線經銷商的網站就會發現,在各種MCU之間竟然存在多達400餘(yu)種(zhong)的(de)封(feng)裝(zhuang)方(fang)案(an)。這(zhe)可(ke)是(shi)一(yi)堆(dui)繁(fan)多(duo)紛(fen)雜(za)的(de)封(feng)裝(zhuang)方(fang)案(an)。但(dan)是(shi)為(wei)什(shen)麼(me)會(hui)有(you)這(zhe)麼(me)多(duo)的(de)選(xuan)擇(ze)呢(ne)?工(gong)程(cheng)師(shi)都(dou)有(you)各(ge)種(zhong)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu),他(ta)們(men)設(she)計(ji)的(de)應(ying)用(yong)各(ge)不(bu)相(xiang)同(tong),就(jiu)會(hui)出(chu)現(xian)各(ge)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)要(yao)求(qiu)。有(you)些(xie)設(she)計(ji)會(hui)有(you)最(zui)小(xiao)的(de)尺(chi)寸(cun),其(qi)它(ta)則(ze)會(hui)出(chu)於(yu)簡(jian)化(hua)生(sheng)產(chan)要(yao)求(qiu)和(he)降(jiang)低(di)PCB成本,會尋找不同的封裝規格;有些人則最為關心它們產品的長期可靠性。工程師在選擇封裝類型時主要關注三個標準:型號、外形尺寸和引腳間距。鑒於通常涉及到眾多技術方麵的情況,封裝型號會產生首字母縮略詞過多的問題。為了應對廣泛的客戶群體,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或四麵扁平封裝是一種“翼形”的表麵安裝集成電路封裝;引線延伸至四側。LQFP是一種小外形四麵扁平封裝,它可以提供更薄的主體厚度,僅有1.4毫米,幾乎是某些傳統式QFP的一半高。采用QFP技術的MCU充分利用了這種較薄主體封裝的優勢。
BGA
與QFP相比,球柵陣列(BGA)封裝將焊錫球放置在封裝下麵的排列中,而不是將外部引線放置在邊緣處。這可以在指定區域支持更多的電氣連接,但會增加某些PCB的複雜性。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,適用於需要低電感、表麵安裝便捷、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可以采用傳統式BGA和這些極薄的MABPGA。
CSP
CSP是芯片尺寸封裝的縮寫。根據IPC的標準J-STD-012,該封裝的麵積必須不能大於晶片的20%,而且它必須屬於單晶片、直接表麵安裝式封裝,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技術是一種真正的CSP技術,因為這種封裝的尺寸通常與晶片的尺寸相同,隻有一個陣列的模塊或焊錫球那麼大小,連接在I/O間距處,可以兼容傳統的電路線路板裝配過程。這些類型的封裝尺寸極小——甚至比高爾夫球上麵的小坑還要小。迷你MCU采用WLCSP技術,主要麵向真正注重微型化價值的這類應用。
一款難合眾意
和大多數人一樣,我首先會購買禮品,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——我們該怎麼辦?”他們從不會提到速度或外設組合的要求,隻是關於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。因為MCU的使用場所無處不在,你可以想象它的封裝要求會無窮無盡各有不同。一名建造100個大型工業機器設備的工程師與某位建造1000萬個便捷式設備單元的工程師,肯定會有不同的需求。存在無數種不同的選項,決定哪一種封裝類型會更好,從信號通路到PCB層次的可焊性和可靠性,工程師會無所不談。
然(ran)而(er),一(yi)旦(dan)他(ta)們(men)針(zhen)對(dui)其(qi)項(xiang)目(mu)確(que)定(ding)了(le)適(shi)合(he)的(de)封(feng)裝(zhuang)類(lei)型(xing)之(zhi)後(hou),還(hai)必(bi)須(xu)解(jie)決(jue)尺(chi)寸(cun)和(he)引(yin)腳(jiao)間(jian)距(ju)的(de)標(biao)準(zhun)。芯(xin)片(pian)的(de)尺(chi)寸(cun)對(dui)終(zhong)端(duan)設(she)備(bei)的(de)整(zheng)體(ti)規(gui)格(ge)會(hui)產(chan)生(sheng)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)。MCU當然是一個三維物體,但傳統上來說,設計人員真的隻會關注X軸和Y軸(zhou)兩(liang)維(wei)尺(chi)寸(cun)。隨(sui)著(zhe)人(ren)們(men)意(yi)識(shi)到(dao)器(qi)件(jian)高(gao)度(du)也(ye)同(tong)樣(yang)超(chao)級(ji)重(zhong)要(yao)時(shi),這(zhe)一(yi)情(qing)況(kuang)正(zheng)在(zai)開(kai)始(shi)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua),這(zhe)就(jiu)是(shi)我(wo)提(ti)到(dao)的(de)極(ji)薄(bo)封(feng)裝(zhuang)變(bian)得(de)日(ri)益(yi)重(zhong)要(yao)的(de)原(yuan)因(yin)所(suo)在(zai)。間(jian)距(ju)是(shi)各(ge)個(ge)引(yin)腳(jiao)之(zhi)間(jian)的(de)間(jian)隔(ge)尺(chi)寸(cun)(即相鄰引腳中心之間的距離),它會對PCBbujuhezhizaonenglichanshengzhijieyingxiang。duiyuzhidingguigedefengzhuangeryan,jianjuchicunyuexiao,yinjiaodeshulianghuiyueda。raner,jianjuchicunyuexiao,weilequebaowenjianhekekaoxianlubanzuzhuangxuyaoguanzhudeyinsujiuhuiyueduo。nikenenghuiwendao,weishenmewomeiyoutidaoyinjiaoshuliangzheyangmingxiandexuanxingyinsu。shishishang,zhiyaonidechicunhejianjuqiadang,biankeyitigongshiyongdegongneng,yinjiaoshuliangbingmeiyounamezhongyao。
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