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以前的芯片周圍都有很多爪子,怎么現(xiàn)在很少有了?
技術進步了,怎樣更方便人們生活需要,當然能怎么來就怎么來。就拿取快遞來說,從前的學校都是到一個大房間里,找屬于自己的快遞,現(xiàn)在很多的學校都發(fā)展成拿取件號到對應的儲物箱直接取快遞,像拿自己存了許久的物件一樣方便。因為,技術!
最先的芯片爪子是下圖這樣的,其實叫雙列直插式封裝技術,看起來十分占位不小巧,和現(xiàn)在的很多芯片比起來技術差距一下就可以看出來了。
接著是從前常見的芯片爪子(其實叫管腳)很多(其實叫QFP方形扁平式封裝技術),布在芯片四周,這主要是用于個其它的器件之間進行連接,后來,在生活實踐中的慢慢運用,人們發(fā)現(xiàn)生活中對芯片功能需要的越來越多,不斷開發(fā),爪子多了,芯片的面積隨之增加,而這樣的話就出現(xiàn)了一個很不方便的問題:芯片面積很大,因此后來研發(fā)出了(BGA)球柵陣列式封裝技術)代替它。
它們兩者之間的主要區(qū)別說大也不大,說小也不小,BGA技術就是將爪子分布到芯片的背面,排的很密集,足夠應用復雜的芯片上。而QFP技術是分布在四周,更加方便焊接。還有另一方面,QFP技術的芯片可以用鉻鐵手焊,不過BGA技術的芯片只能用機器打上去了。
就整個趨勢來說,芯片現(xiàn)在的集成度越來越高,小型化也越來越強,不然手機怎么會越來越薄呢?當然,技術越高,對加工過程的要求也會高了。
你所說的芯片周圍的“爪子”其實指的就是芯片的針腳,芯片為了能和設備正常連接,必須需要針腳來和主板相連,所以自從芯片誕生以來都是伴隨著相應的針腳的,只是隨著時代和技術的發(fā)展,芯片針腳不斷發(fā)生變化,到現(xiàn)在已經(jīng)很少看到“爪子”式的芯片針腳了。
過去由于芯片本身的速度不夠快,也為了方便拆卸維修,降低成本,老式芯片大量使用雙列直插式封裝技術(DIP),但是這類技術缺點也很明顯,首先就是封裝面積和厚度都比較大,大爪子針腳暴露在外,在插拔過程中很容易被損壞,可靠性較差。同時這種DIP封裝方式由于受工藝的影響,引腳一般都不超過100個,這樣隨著芯片集成度的不斷提高,雙列直插式封裝技術就逐漸無法滿足需求了。
對比一下現(xiàn)在大量芯片使用的球柵陣列(BGA)封裝技術,不僅擁有更多的針腳,而且體積都非常小(球形),只需配備在芯片底部即可,當這樣的芯片安裝在主板上貼合度極高,很難遇到來自外部的損壞,而且BGA封裝的芯片散熱性能和電器性能更佳,也有助于芯片性能和容量的提高,比如說采用BGA技術封裝的內(nèi)存,可以使內(nèi)存在體積不變的情況下內(nèi)存容量提高兩到三倍。
如今BGA封裝已經(jīng)成為高性能芯片的主流方案,所以我們現(xiàn)在除了在一些簡陋電子設備中還能看到“爪子式”針腳,平常使用的手機和電腦中已經(jīng)幾乎看不到“針腳”了,隨著芯片功能和集成度的提高,未來這類針腳的數(shù)量可能還會繼續(xù)增加,同時體積繼續(xù)縮小。
這是因為電子技術進步了。
由于電子產(chǎn)品功能一直在增強,體積重量卻越來越小。電子元器件集成度越來越高。半導體的封裝技術和電路板的表面貼裝技術不斷的向集成化小型化發(fā)展。
提問中說的芯片四周有很多爪子(管腳)叫做QFP方型扁平式封裝技術(Quad Flat Package)。
后來人們需要在一個小芯片上實現(xiàn)更多的功能,需要更多的管腳,四個邊裝不下了,于是就搞出了在芯片肚皮下裝管腳的技術,BGA封裝技術(Ball Grid Array Package)球柵陣列封裝。
后來芯片尺寸更小了,管腳更多了!就搞出了——倒裝芯片(Flip chip)技術也叫晶圓級封裝(WLCSP)技術。
在QFP之前的是什么樣子呢?
DIP
SIP
由于筆者在芯片封裝廠做過設備工程師,對這個問題可以回答。
芯片封裝有兩種形式:導線架和基板。
早期的是導線架,就是兩側(cè)或者四周是有引腳,引腳通過焊線和芯片鏈接,比如LQ FP、TQFP、QFN、TSOP等,這些都是題主所說的有引腳的。
后來,導線架越來越被基板所替代,比如PBGA、TFBGA等。因為基板有較多的優(yōu)點:可為芯片提供電連接、保護、支撐、散熱、組裝等功效,以實現(xiàn)多引腳化,縮小封裝產(chǎn)品體積、改善電性能及散熱性、超高密度或多芯片模塊化的目的。 這些都是導線架所不具備的。
以前的芯片圍有很多爪子,現(xiàn)在雖然看不到,但爪子依然存在,只是換了新的形式更加隱蔽而已。
芯片本身并不能單獨使用,因為它只具備一部分功能,必須要通爪子和外圍電路連在一起才能構(gòu)成完整的電器。
早期的或集成度較低的芯片,由于體積大引腳少,故可將引腳插入到電路板孔內(nèi),按圖1的方式逐個焊好。后來隨著芯片體積變小引腳增加,已經(jīng)沒有辦法在電路板上打孔了,而是采用貼片焊接的方式直接焊到電路板表面(圖2)。
但在電路板這個元件密度很高的地方,這種引腳所占的空間也還是太大。于是就出現(xiàn)了圖3的模式。把引腳直接去掉變成緊靠邊緣的小焊點(電腦內(nèi)存條都是這種模式),由于從正面的外觀看不到焊點位置,所以在生產(chǎn)線上都要采用回流焊工藝來焊。而對于普通維修人員來說很難焊接。不過有一定焊接經(jīng)驗的人也可用烙鐵來進行操作。
焊接前把集成電路和PC板上的待焊點都用電烙鐵涂上少許焊錫,然后把集成電路對正放好并在表面放一塊松香,用烙鐵直接對集成電路進行加熱,隨著松香熔化進入縫隙中焊錫也開始熔化,于是就完成了焊接。這種手工焊接方式錫量大小是關鍵。過多造成短路,太少又會形成漏焊。
此外還有一種沒有引腳的集成電路就是電腦中的CPU(如圖4)。它和圖3有些類似,但引腳更多可達上千,都分布于CPU底面。這種集成電路不用焊,而是采用觸針接觸每個點的方式來完成導電。以上是我的回答。
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因為技術的發(fā)展,對產(chǎn)品集成化、小型化的要求越來越高。所以芯片的封裝越來越小,為了在較小的體積下容納更多的引腳,所以引腳都藏在了芯片的肚子下面,自然看不到爪子了。而且也正是得益于芯片封裝的小型化,我們的手機才可以做的越來越薄,功能越來越強大。
下面我們就簡要回顧一下芯片的封裝發(fā)展吧。
早期的芯片,大多數(shù)都是模擬集成電路或者是中小規(guī)模的數(shù)字集成電路,這類芯片的管腳通常比較少。而且早期的芯片十分昂貴,為了能多次利用,很多產(chǎn)品上并不是直接把芯片焊接在電路板上的,而是把芯片插在芯片座上。因此產(chǎn)生了第一種通用的芯片封裝——DIP(雙列直插封裝)
但是隨著芯片規(guī)模的不斷擴大,芯片功能的不斷完善。芯片的引腳越來越多,如果都放在兩邊,芯片就會像蜈蚣一樣變得長長的,給制造、安裝都帶來很大的困難。所以工程師們就想了一個辦法,芯片不是方方的嗎?那就把它做成正方形,四邊都有引腳。因此產(chǎn)生了PLCC
但是PLCC的焊接和調(diào)試都很不方便,還需要專門的芯片座來安裝。隨著表面貼裝技術的發(fā)展,芯片開始只焊在電路板的一面,而不是穿過線路板,焊在孔里。為了易于機器貼裝,并且進一步減少體積,出現(xiàn)了SOP和QFP封裝。
SOP就是以前DIP的表面貼裝版,而QFP就是PLCC的表面貼裝版。隨著體積的進一步縮小,引腳尺寸,引腳間距進一步變小,產(chǎn)生了SSOP和TQFP,引腳間距達到了令人發(fā)指的0.65mm。幾乎已經(jīng)到達了極限。此時如果再想增加引腳怎么辦呢,那就只有增加芯片的面積,來換取更大的周長來安放更多的腳。
就像下面這種,TQFP208
208個引腳的TQFP已經(jīng)很大了,這顆芯片大概有火柴盒那么大。但是隨著技術的發(fā)展,超大規(guī)模集成電路的引腳越來越多,如果再增加封裝的面積,實在是太浪費了。所以人們就想到,在周長上增加引腳已經(jīng)不現(xiàn)實了,那不如把引腳放在肚子下面,畢竟,二維的面積可比一維的周長大多了。因此BGA封裝誕生了
這樣一顆芯片,圖片上看起來也許很大,其實他的實際大小只有大拇指的指甲蓋一樣大,但是引腳卻達到了256個,如果用QFP封裝,想都不敢想這個芯片要有多大。
除了BGA,對比以前的SOP,現(xiàn)在一出現(xiàn)了更加小型化的QFN封裝,同樣引腳也在四周一圈,但是并沒有伸出去,而是藏在了下面。這樣體積進一步縮小了。
目前最小的封裝是WLCSP,這種封裝,第一次將封裝做得幾乎和晶片(die)一樣大。
上圖的這種16個腳的WLCSP封裝,實際體積就只有火柴頭那么大點。下面是一個這幾年的一些新興封裝的大小對比,大家可以看看,注意,其中最大的那個,也只有指甲蓋大小。
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