Глубокое погружение в упаковку для чипов: Как миниатюризация от QFP до WLCSP управляет революцией проектирования ПХБ

Каждый микроскопический прогресс в технологии упаковки меняет физические границы электроники.

На прошлой неделе Эволюция упаковки чипов: От падения до X2SON - как миниатюризация изменяла электронику, Мы исследовали эпоху пакетирования сквозной (ОКУНАТЬ) и как поверхностные устройства (Соп, Наблюдение, СЫН) Инициированное устройство миниатюризация. В то время как эти технологии заложили современные упаковочные основы, а Миниатюризационная революция продолжается. Сегодня, Мы исследуем пакеты с более высокой плотностью-от четырехлетнего CSP на уровне пластины-и их влияние на дизайн печатной платы ограничения.

Четверти-флат-пакеты: Баланс космической плотности

Четверти-флат-пакеты (ММФ, PLCC/QFJ, QFN) представляют критическую эволюцию в направлении более высокой плотности ввода/вывода, используя все четыре края упаковки.

ММФ: Пионер плотности чайки

ММФ (Четырехместный пакет апартаментов) Особенности знаковые “чайка” (L-образный) лиды, простирающиеся от всех сторон. Его штифт (0.4мм/0,5 мм/0,65 мм) диктует Маршрутизация печатной платы плотность и точность пайки.

Варианты QFP:

• Размер/толщина: LQFP (Низкопрофильный), TQFP (Тонкий), VQFP (Очень тонкий)

• Материал: PQFP (Пластик), MQFP (Металл)

• Термический усиление: HQFP, HLQFP, Htqfp, HVQFP

• Защита: BQFP (Бампер -корневые прокладки предотвращают изогнутые свинки)

Тепловое управление имеет решающее значение. Формула тепловой сопротивления соединения к ямке θja = (TJ - TA)/П (где TJ.= Temp, Лицом к лицу= окружающая температура, П= власть) Регламентирует дизайн рассеяния тепла.

PLCC/QFJ: Стабильность через J-лиды

PLCC (Пластиковый перевозчик чипсов) или QFJ (Quad Flat J лидирован) Использует J-образные выводы для механической стабильности против вибрации/теплового напряжения.

 

Преимущество стандартизации: Высокая совместимость PLCC/QFJ с универсальными тестовыми розетками.. Хотя QFJ технически точнее, “PLCC” остается отраслевой.

QFN: Прорыв миниатюризации без свинца

QFN (Quad Flat без лида) устраняет внешние потенциальные клиенты, Соединение через:

• Открытая площадка (Эп): Прямой тепловой путь к печатная плата медь

• Смачиваемые фланги: Припаяющиеся наборы боковой стены

Ключевые преимущества:

• Ультракомпакт: 40% меньше, чем QFP

• Электрическое превосходство: Более короткие пути уменьшают паразитическую индуктивность (L ≈ μ · л/т)

• Тепловая эффективность: Нижняя θja против. QFP того же размера

Эволюция толщины: LQFN → UQFN → VQFN → WQFN → x1qfn → x2qfn. LCC (LPCC/LCCC) его без свинцового керамического/пластикового варианта.

Массивные пакеты: Революционизация пределов плотности

Когда квадроцикл достигает ограничений ввода/вывода, массивные пакеты (LGA, БГА) Включить плотность 2D -соединений.

LGA: Точная упругая связь

LGA (Земельная сетка массив) использует точно выровненные металлические контакты (например, LGA775: 775 контакты) спаривание с булавками.

Основное значение:

• Розетка: Обновление процессора/техническое обслуживание

• Низкая индуктивность: Короткие сигнальные пути

• Высокая надежность: Идеально подходит для процессоров (Intel/Amd)

Ограничение: Высокая стоимость розет/размер благоприятствует BGA в компактных устройствах. Примечание: LGA может быть припаянным прямо.

БГА: Доминирование припаяного мяча

БГА (Шариковая сетка массив) подключается через матрицу паяла шарика. Шарик (0.3–1,0 мм; <0.2ММ для FBGA) имеет решающее значение.

Преобразующие преимущества:

• Высокая плотность: >1,000 Я/нас (против. QFP ~ 300)

• Космос экономии: 30%+ Снижение площади против. ММФ

• Электрик/термический: Низкая задержка сигнала; Шары проводят тепло

• Самоопределение: Поверхностное натяжение для сборки

BGA Family:

• Материал: PBGA (Пластик), CBGA/CABGA (Керамика)

• Размер/шаг: NFBGA/FBGA (Прекрасный шаг), Tinybga, DSBGA/WCSP (Размер умирания), LFBGA/VFBGA (Тонкий)

• Интеграция:

  • FCBGA (Флип-чип): Прямое соединение Die-Substrate через микропумпы

  • Поп (Пакет на пакете): Вертикальная укладка (например, логика + память)

  • PG-WF2BGA: Упаковка на уровне пластин

Проблемы: Рентгеновский осмотр (Акс), сложная переделка, CTE-сопоставление материалы для печатных плат.

Сравнение пакетов массива

Чип-масштаб & Пакеты уровня пластины: Приближаясь к физическим ограничениям

CSP: Переопределение границ размера

CSP (Чип -шкала пакет) Ключевой метрика: Размер упаковки ≤ 1,2 × размер (против. 2–5 × для традиционного). По сути, миниатюрные BGA (FBGA/VFBGA) с более тонкой подачей (0.2–0,5 мм).

Ценить: Конечная миниатюризация для носимых устройств/датчиков.

WLCSP: Революция на уровне пластины

Упаковка WLCSP/уровня пластин завершает все шаги (Rdl, баллинг) На пластине перед набивом.

Разрушительные преимущества:

• Минимальный размер: ≈ Die Dimensions

• Снижение затрат: 30-50% дешевле (Нет субстратов/литья)

• Пиковая производительность: Самые короткие взаимодействия, Самая низкая паразиция

Типы WLCSP:

1. Фан-в wlcsp:

   • Шарики в области умирают

   • Размер упаковки = размер умирания

   • Низкая стоимость для датчиков/PMICS

2. Fanout WLCSP (например, TSMC Информация, Samsung fo-pplp):

   • Шарики выходят за пределы умира

   • Размер упаковки > размер умирания

   • Более высокая плотность ввода/вывода, Интеграция с несколькими чипами

   • Для модулей Premium SOCS/RF

Визуальный идентификатор: Некапсулированный кремний (против. Смола, DFN).

Морфология упаковки & Методы связывания

Внешняя форма пакета (QFP/BGA/WLCSP) и внутренняя связь по своей природе связана:

• Проволочная связь:

  • Зрелый, бюджетный

  • Доминирует QFP/QFN/BGAS среднего диапазона

  • Иметь/с проводами; Умеренный ввод/вывод

• Флип-чип:

  • Умирания прикрепляются лицом вниз с помощью микропумков

  • Самые короткие взаимодействия, самая низкая индуктивность

  • Основное для FCBGA/WLCSP/High-Performance CSP

Заключение & Будущие границы

От QFP до LGA/BGA и, наконец, CSP/WLCSP, Эволюция упаковки чип хроника космического сжатия, Выращивание производительности, и оптимизация затрат. Каждая миниатюризационная скачка изменяет дизайн печатных плат - приводящих более тонкие следы, многослойный ИЧР, и передовые материалы.

Следующая граница: Технологии, такие как TSV (Через SILICON VIA), Глоток (Система-в-упаковки), и 2,5D/3D IC теперь включает 3D -гетерогенную интеграцию, продвигать дизайн печатной платы в новые измерения - быть изученным в нашей следующей статье.

Когда миллиард транзисторов вписывается в упаковку размером с зерно, Электронные инженерные сражения в молекулярном масштабе.