Taucher in Chipverpackung eintauchen: Wie Miniaturisierung von QFP zu WLCSP die PCB -Designrevolution steuert

Jeder mikroskopische Fortschritt in der Verpackungstechnologie umgestaltet die physikalischen Grenzen der Elektronik.

In der letzten Woche Entwicklung der Chipverpackung: Vom Eintauchen zu X2SON - wie Miniaturisierung die Elektronik umgestaltet hat, Wir haben die Ära der Durchlögelverpackung untersucht (TAUCHEN) und wie Oberflächenmontagegeräte (SOP, Beobachtung, SOHN) Initiierte Geräteminiaturisierung. Während diese Technologien moderne Verpackungsstiftungen legten, Die Miniaturisierungsrevolution fährt fort. Heute, Wir untersuchen Pakete mit höherer Dichte-von Quad-Flat bis Wafer-Level-CSP-und deren Auswirkungen auf PCB-Design Grenzen.

Quad-Flat-Pakete: Die Raumdichte Balance

Quad-Flat-Pakete (MFR, PLCC/QFJ, QFN) Stellen Sie eine kritische Entwicklung in Richtung höherer E/O -Dichte durch, indem Sie alle vier Paketkanten verwenden.

MFR: Die Pionier der Möwenflügeldichte

MFR (Quad -Flat -Paket) features iconic “gull-wing” (L-förmig) Leads, die sich von allen Seiten erstrecken. Es ist Pin -Tonhöhe (0.4mm/0,5 mm/0,65 mm) diktiert PCB -Routing Dichte und Löten Präzision.

QFP -Varianten:

• Größe/Dicke: Lqfp (Niedrig profiliert), Tqfp (Dünn), VQFP (Sehr dünn)

• Material: PQFP (Plastik), MQFP (Metall)

• Thermisch verstärkt: HQFP, Hlqfp, Htqfp, Hvqfp

• Schutz: BQFP (Stoßfänger - Corner -Pads verhindern gebogene Leitungen)

Das thermische Management ist kritisch. Die Formel zur Thermalwiderstandsübergangsübergang zu Ammie θja = (Tj - ta)/P (Wo Tj= Junction -Temperatur, Gesichtsansicht= Umgebungstemperatur, P= Macht) regiert das Design der Wärmeabteilung.

PLCC/QFJ: Stabilität durch J-Leads

PLCC (Plastik -Blei -Chipträger) oder qfj (Quad Flat J-beladen) Verwendet J-förmige Abwärtskörper nach unten für die mechanische Stabilität gegen Vibration/Wärmespannung.

Standardisierungsvorteil: Die hohe Kompatibilität von PLCC/QFJ mit universellen Teststecks ​​rationalisiert die Produktionstests. Obwohl QFJ technisch präzise ist, “PLCC” remains industry-preferred.

QFN: Durchbruch ohne Leadless Miniaturisation

QFN (Quad Flat No-Lead) eliminiert externe Leads, Verbindung über:

• Exponiertes Pad (EP): Direkter thermischer Weg zu Leiterplatte Kupfer

• Benutzbare Flanken: Lötkads mit Seitenwand

Schlüsselvorteile:

• Ultra-Kompakt: 40% kleiner als QFP

• Elektrische Überlegenheit: Kürzere Wege verringern die parasitäre Induktivität (L ≈ μ · L/W.)

• Wärmeeffizienz: Niedrigere θja vs. Gleiche QFP

Dickeentwicklung: Lqfn → uqfn → vqfn → wqfn → x1qfn → x2qfn. LCC (LPCC/LCCC) ist seine baderlose Keramik/Plastikvariante.

Array -Pakete: Dichtegrenzen revolutionieren

Wenn Quad-Flat E/A-Grenzen erreicht, Array -Pakete (LGA, BGA) Aktivieren Sie die 2D -Verbindungsdichte.

LGA: Präzise elastische Verbindung

LGA (Landgitterarray) Verwendet präzise ausgerichtete Metallkontakte (z.B., LGA775: 775 Kontakte) Paarung mit Stecknadeln.

Kernwert:

• Saugbarkeit: CPU -Upgrades/Wartung

• Niedrige Induktivität: Kurze Signalwege

• Hohe Zuverlässigkeit: Ideal für CPUs (Intel/AMD)

Einschränkung: Hohe Sockelkosten/Größe bevorzugt BGA in kompakten Geräten. Notiz: LGAs können direkt-smt verkauft werden.

BGA: Die Dominanz der Lötkugel

BGA (Kugelgitter-Array) verbindet sich über eine Lötkugelmatrix. Ball Tonhöhe (0.3–1,0 mm; <0.2MM für FBGA) ist kritisch.

Transformative Vorteile:

• Hohe Dichte: >1,000 Ich/wir (vs. QFPs ~ 300)

• Raumsparung: 30%+ Bereichsreduzierung vs. MFR

• Elektrisch/thermisch: Niedrige Signalverzögerung; Kugeln leiten Wärme

• Selbstausrichtung: Oberflächenspannung hilft

BGA -Familie:

• Material: PBGA (Plastik), CBGA/CABGA (Keramik)

• Größe/Tonhöhe: nFBGA/FBGA (Feinkopie), Tinybga, DSBGA/WCSP (Die Größe sterben), LFBGA/VFBGA (Dünn)

• Integration:

  • FCBGA (Flip-Chip): Direkte Anschluss an Substrate über Mikrobumps

  • Pop (Paket-on-Package): Vertikales Stapeln (z.B., Logik + Erinnerung)

  • PG-WF2BGA: Fan-Out-Wafer-Level-Verpackung

Herausforderungen: Röntgeninspektion (Axi), Komplexe Nacharbeit, CTE-Matching PCB -Materialien.

Array -Paketvergleich

Chip-Scale & Pakete auf Waferebene: Annäherung an die physischen Grenzen

CSP: Größengrenzen neu definieren

CSP (Chip -Skala -Paket) Schlüsselmetrik: Paketgröße ≤ 1,2 × Würfelgröße (vs. 2–5 × für traditionelle). Im Wesentlichen miniaturisierte BGA (FBGA/VFBGA) mit feinerer Tonhöhe (0.2–0,5 mm).

Wert: Ultimative Miniaturisierung für Wearables/Sensoren.

Ulc: Die Revolution auf Waferebene

Die WLCSP/Wafer-Level-Verpackung führt alle Schritte aus (Rdl, Balling) auf dem Wafer vor dem Würfeln.

Störende Vorteile:

• Minimale Größe: ≈ Die Dimensionen

• Kostensenkung: 30-50% billiger (Keine Substrate/Formteile)

• Spitzenleistung: Kürzeste Verbindungen, niedrigste Parasitik

WLCSP -Typen:

1. Fan-in WLCSP:

   • Bälle in der Fläche

   • Paketgröße = Stanzgröße

   • Niedrigpreis für Sensoren/PMICs

2. Fan-Out WLCSP (z.B., TSMC Info, Samsung fo-plp):

   • Bälle erstrecken sich über die Sterbchen hinaus

   • Paketgröße > Größe

   • Höhere E/O -Dichte, Multi-Chip-Integration

   • Für Premium -SoCs/RF -Module

Visuelle ID: Unkapseliges Silizium (vs. Harzmolded DFN).

Verpackungsmorphologie & Bindungstechniken

Externes Paketformular (QFP/BGA/WLCSP) und interne Bindung sind intrinsisch miteinander verbunden:

• Kabelbindung:

  • Reifen, niedrige Kosten

  • Dominiert QFP/QFN/Mittelklasse-BGAs

  • Haben/mit Drähten; moderates i/o

• Flip-Chip:

  • Die Sterbe befestigen den Face Down über Mikrobumps

  • Kürzeste Verbindungen, niedrigste Induktivität

  • Essentiell für FCBGA/WLCSP/Hochleistungs-CSP

Abschluss & Zukünftige Grenzen

Von QFP zu LGA/BGA und schließlich CSP/WLCSP, Die Evolution der Chipverpackung ist a Raumkomprimierung Chronik, Leistungssteigerungen, und Kostenoptimierung. Jede Miniaturisierungspuad -Reshapes -PCB, Mehrschicht HDI, und fortschrittliche Materialien.

Nächste Grenze: Technologien wie TSV (Durch-Silizium über), Schluck (System-in-Package), und 2,5D/3D IC jetzt aktivieren 3D -heterogene Integration, Wenn Sie das PCB -Design in neue Dimensionen drücken - in unserem nächsten Artikel untersucht zu werden.

Wenn eine Milliarde Transistoren in ein Paket in Sandgröße in Sandalgröße passen, Elektrotechnik Schlachten im molekularen Maßstab.