2.3 现代微电子设备用电子器件

2.3.1 现代微电子设备中的电子器件及其对安装环境的适应性

1.电子器件的广义定义

对电子设备安装中所用的电子器件的广义定义：是指早期电子设备所用的电真空器件（电子管）和现代电子设备所用的半导体器件的总称。由于在现代电子设备中所用的电子器件几乎都被以半导体技术为特征的微电子学器件所取代，因此，人们往往就把现代电子设备用的电子器件称为半导体器件，而把现代电子设备称为微电子设备，以示与早期的电子设备的本质区别。

2.半导体微电子器件封装技术发展的驱动力

器件封装尤其是微处理器和存储器封装技术的快速发展，推动了其他电子组件封装的发展。驱动器件封装技术发展的推动力，主要表现在热性能、电气性能、工作区域的限制和成本。0.65 mm以下间距的周边器件在电子组装中的使用已很普遍。

器件复杂性的提高是推动SMT向前发展的主要动力。为了缩小器件封装尺寸，器件引脚间距不断地缩短（例如，器件间距从1.27 mm缩到0.65 mm）。半导体集成度进一步提高到高于196 I/O的要求，推动着封装向更加致密的周边有引脚的间距方向发展，如0.5 mm、0.4 mm、0.3 mm、0.25 mm。面阵列类型器件封装的间距要比有同样的I/O数的周边引脚器件的间距大得多。

3.半导体微电子学器件按对安装环境的适用性分类

半导体微电子学器件按对某种环境条件感受的敏感度，在工程应用中又可将其划分为以下3种。

（1）潮湿敏感器件（MSD）

凡是在储存、运输和安装等过程中，非密封塑封元器件因吸收空气中潮气而诱发损伤，这样的元器件统称为潮湿敏感器件（MSD）。

（2）静电敏感器件（SSD）

静电敏感器件（SSD）是在日常操作、储存、传递和测试过程中，容易因静电放电而引起损伤的器件的统称。器件对ESD的敏感程度取决于其材料和构成。器件越小，运算速度越快，就越敏感。

（3）温度敏感元器件

广义上讲，凡是性能随温度的剧变而劣化，甚至损坏的元器件统称为温度敏感元器件（以下均简称温敏元器件），本书所指的温敏元器件是泛指在再流焊接、波峰焊接和手工焊接过程中，易因过热而导致损坏或性能劣化的所有元器件。

2.3.2 高密度安装半导体封装技术

1.概述

封装分类决定了标准封装的外形、几何尺寸、容差以及其他一些涉及定义、制造和组装的信息。电子器件封装的引线排列和安装类型有很多变种，如图2.13所示。

2.封装方式分类

（1）按安装到PCB上的方式分类

① 通孔插入式（THT）：图2.14为典型的THT封装。

② 表面安装式（SMT）：图2.15为典型的SMT封装。其中图2.15（a）为引脚向内侧弯曲成“J”形，如SOJ、PLCC；图2.15（b）为引脚向外侧弯曲成“翼形”，如S0IC、SOG、QFP、PQFP和窄节距LDCC；图2.15（c）为柱形引线封装；图2.15（d）为LLCC、QFN；图2.15（e）为BGA。

（2）按封装材料分类

可分为塑料和陶瓷两大类，从市场应用看，塑料占主流。然而，即使同一形状的塑料封装和陶瓷封装器件，其热特性、电气特性和重量等，均存在较大的差异。对塑料封装器件往往在其封装名称前冠以“P”以示区别。

引线在封装侧面上的具体排列可分为：单侧、双侧、四边引出或底面阵列等，如图2.16所示。

2.3.3 高密度安装的半导体器件小型化和轻量化的发展

1.小型化和轻量化发展的牵动力

① 便携式电子产品，如智能手机的快速发展，产品更新周期变得越来越短。为了使变化如此之快的产品在市场上出现成为可能，便驱动了电子器件封装形式的快速发展。

② 从DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM，技术指标一代比一代先进，芯片面积与封装面积之比越来越接近1，适用频率越来越高，引脚数增多，间距缩短，重量减轻，可靠性提高。

③ 搭载IC芯片的埋置无源元件的基板模块，作为高密度封装发展的方向日趋活跃。

④ 电子元件在实现了超小型封装（如CSP）之后，一部分存储器、微处理器、逻辑器件等正在向三维封装方向发展，新的芯片减薄工艺，可将芯片厚度减薄到0.25 mm。将8块芯片三维叠装在一起的高度也仅为2.0 mm。今后，这种形式的封装制品会急速增加。

2.小型化和轻量化发展实例

（1）LSI封装的小型化

LSI封装的小型化是相对于晶体管封装TO-5而言的。然而，LSI与晶体管相比，其引脚数多，曾作为主流的DIP封装的插入引脚间距为2.54 mm，双列引脚距离为7.62 mm。随后，作为特殊用途的高密度安装用的引脚间距为1.27 mm的SOP，因其安装和焊接容易又替代前者成为主流。然而从可靠性考虑，插入型仍是主流，如图2.17所示。

（2）芯片级封装和多芯片堆叠

21世纪，细间距的PGA演变到使用阵列封装的表面安装的LSI，由于这种封装的表面安装端子的形状变成球形，所以叫作BGA。其后，引脚间距变窄。最终IC封装尺寸和内部硅片的大小几乎变得相同，人们把这种超小型的LSI封装叫作CSP。

IC封装的进一步小型化：由于硅片尺寸和引脚数的关系，所以人们把几块IC芯片重叠构成一新的IC封装，从而出现了三维堆叠封装。IC芯片的面积比合计的总面积要更小的堆叠CSP封装，如图2.18所示。

（3）ASIC（专用集成电路）

作为ASIC的两大主流的逻辑器件和存储器件，其封装的主要特点是超多引脚化、小型化和薄型化。从插入安装的DIP到超多引脚型的PGA或者表面安装型的QFP，具有后两者特征的BGA类在向（PBGA、TBGA、FBG/FLG）变迁。虽然存储器件引脚数的增加并不大明显（到目前也约为100个引脚数的量级），主要呈现出小型化、薄型化的发展特点。DIP端子配列的表面安装型的主流是SOP类-（SOJ、TSOP），具有高速化的发展特征。图2.19示出了从四边封装到面阵列封装的演变。

（4）面阵列封装成为发展主流

半导体芯片技术从周边封装向面阵列封装的发展态势，如图2.20所示。