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隨著新一代便攜式電子設備不斷朝著尺寸更小的方向發展，許多制造商都針對其邏輯需求提出了高級封裝解決方案的要求。有人指出，由于支持功能已經包含在了核心處理器中，因此可能不再需要了，但我們仍然需要邏輯功能來提供接口功能，并將數據傳輸到相應的設備上。由于大部分板級空間都為核心處理器（如DSP及ASIC）所占據，因此邏輯器件應當是透明的。舉例來說，新一代智能電話有時會既使用通信處理器又使用應用平臺處理器，它們占據了板級空間的大部分。上述設計中的邏輯支持功能應當盡可能高效地節約空間占用，某些情況下最大只能占用板級空間的 5%。目前，許多邏輯供應商正在推出新一代封裝選項，其可大大節約 PCB 的占用空間。 以今天的標準來看，目前許多制造商正在設計的邏輯功能已經做到了小尺寸封裝。SC－70 是單門小邏輯技術廣泛采用的一種封裝，此類封裝占用的面積僅為4.20 mm2。由于其尺寸較小、生產方便、可靠性高，因而對當前的許多設計而言都是相當理想的，但新一代設計將要求以更小的尺寸實現相同的質量。業界通常的說法都認為，在將邏輯設備移植到更小尺寸的過程中，制造方便性、測試方便性、可靠性乃至價格都是此消彼長的關系。邏輯器件供應商可以較小的占地面積滿足各種比特寬度產品的封裝要求，其中涵蓋了從單門到 32 位的器件。同時，他們還可提供各方面性能都始終如一的新一代封裝，并將其作為邏輯封裝的業界標準。上述高級封裝選項包括球柵陣列 (BGA)、無引線四方扁平封裝 (QFN) 以及芯片級封裝(WCSP)。 BGA（球柵陣列） 向低截面球柵陣列封裝 (LFBGA) 以及超微細球柵陣列 (VFBGA) 封裝進行的移植在一定程度上已經開始。數家制造商已經欣然接受了這種封裝作為業界標準。許多設計人員都認為芯片尺寸 BGA 封裝在降低成本和縮小尺寸方面是非常理想的解決方案。與基于引線框架的封裝相比，上述封裝顯著節約了板上面積，同時又不會顯著增加系統級成本。 96與114球柵LFBGA封裝是一種單芯片、而非雙芯片的解決方案。設計人員不必在兩個16位邏輯功能中進行設計，而可以充分利用LFBGA封裝的單個 32 位邏輯功能（見圖1）。該封裝球柵距離僅為0.8mm，不僅便于路由，而且與 TSSOP 封裝相比也改善了散熱與電氣性能。較之于TSSOP，LFBGA在散熱方面的效率高出50%，在電感方面減少了48%。數家邏輯供應商在20世紀90年代推出該封裝時就替代供應 (alternate source) 方面達成了一致，這進一步推動了LFBGA的普及率。TI、Philips以及IDT等公司均同意采用相同的邏輯功能與封裝引腳方案。這就在LFBGA封裝中實現了真正的邏輯替代供應，并為客戶提供了多種渠道以滿足其生產需要。 2000年，超微細球柵陣列 (VFBGA) 封裝也具備了邏輯功能，從而填補了小型封裝在16位與18位邏輯功能上的空白。當時，采用較大型SSOP與TSSOP封裝的邏輯器件是針對便攜式應用而精心設計的，這就占據了核心處理器等更關鍵功能所需的板級空間。隨著"智能"應用嵌入到設計中，要求相似空間、較小外形尺寸的大比特邏輯功能而言越來越難以實施。VFBGA封裝占用的面積僅為31.5mm2，與TSSOP所占用空間相比，節省達 70% 至75%，保持在108mm2，從而有助于實現所需的面積。與LFBGA類似，VFBGA封裝較TSSOP封裝也實現了更佳的電器和散熱性能，成為當前業界標準封裝的更好的替代。 無引線四方扁平封裝 (QFN) 在邏輯空間方面，最新推出的封裝方式為QFN封裝。許多邏輯供應商以20、16與14引腳的QFN封裝來提供其門與八進制位寬邏輯功能，因為這種封裝與TSSOP相比，在相同的比特寬度上存在著諸多優勢。 就便攜式設備而言，QFN 封裝屬最佳選擇。首先，QFN 能夠顯著節約空間。20 引腳QFN 封裝占用的面積僅為 15.75 mm2，其比 20 引腳的 TSSOP 封裝相比節約達 62%。QFN在四側均可提供外圍終端板 (terminal pad)，并在器件中心具有外露的芯片焊盤，從而改善了機械與散熱性能。根據設計，該封裝還可允許頂端與底部引腳在封裝下路由其信號，從而支持涌流 (Flow-through) 架構（見圖2）。此外，QFN還具備傳統的外引腳，可從較早的邏輯封裝（如TSSOP、SOIC及PDIP等）實現無縫轉移。該封裝高度為1.00mm，能滿足一系列最嚴格的便攜式應用高度要求。顯然，僅有尺寸上的優勢還不足以成為轉而采用全新封裝的理由。 推出新型封裝時，還需將替換源、可靠性、制造方便性以及技術服務等其他因素納入考慮范圍。2001年，邏輯供應商開始推出采用QFN封裝的器件，當時許多人都對替換源的共識與新發布 QFN 封裝的差異提出了顧慮。一些供應商采用了較小型的 DQFN 封裝，而其他供應商則決定采用較大型的封裝形式，從而可在先進的封裝中提供成熟的邏輯器件。例如，TI 為了在較小型封裝中支持成熟、先進的邏輯技術就選擇了后者。 芯片級封裝 (WCSP) WCSP 的面積僅為1.26mm2，而焊球間距僅為 0.5 mm，屬目前邏輯器件領域最小型的封裝。我們不妨舉一個例子來說明它到底有多小，看看美國分幣上印制的年份，該封裝基本與其中的一個數字大小相同（見圖3）。 WCSP 封裝與 BGA 封裝的構造相似，也以焊球代替傳統的引線框架引腳。由于其尺寸極小，因此外露芯片就作為最終的封裝。這也說明了為什么WCSP也稱為DSBGA（芯片尺寸球柵陣列）。WCSP 支持Little Logic產品所常見的5、6及 8 引腳封裝，包括單、雙以及三門功能。 過去十年來，SC-70與 US-8常采用Little Logic封裝。隨著WCSP封裝技術的推出，就其制造方便性、可靠性和測試方便性提出了許多問題。供應商與目前的用戶在每個領域都進行了廣泛的研究。制造商往往會發現，WCSP 封裝可用目前的大規模生產設備安裝在板上，這使 OEM 廠商毋需投入額外的生產成本即能利用該封裝實現板級空間的節約。一旦安裝在板上，焊球的理想替代就是器件外圍。這也方便了探測觸點對設備級測試的訪問。 由于用戶使用便攜式消費類電子產品造成的惡劣條件，因而可靠性對制造商而言是至關重要的。對 TI 的 WCSP 封裝 NanoStar? 的內部可靠性測試證實，該封裝可滿足便攜式應用的嚴格條件。板級可靠性 (BLR) 數據顯示，NanoStar 封裝在 -40 到 125℃ 之間經過了1,286個周期，在0 到 100℃之間則達到了 1,900個周期的標準。 結論 制造商發現，利用 BGA、QFN 與 WCSP 的優勢不會出現過去所謂制造成本增加、器件性能不可靠和產品供應不確定等不利因素，因此，向先進邏輯封裝的升級正在不斷發展。同樣，邏輯供應商也認識到先進的封裝在便攜式應用中的重要性，他們不僅致力于提供一系列功能強大的邏輯器件，并提供制造商所要求的支持。 |
