15. 模拟集成电路设计的封装平台如何搭建？

大家好！今天这一讲我们聊聊模拟集成电路的封装平台，一般来说模拟集成电路是无法完成功能和性能的，需要有一个“外包装”，这样才能有一个比较好的保护，可以在更加苛刻的环境下工作，而且有时候芯片的良率和封装由一定的关系，所以我们对封装平台还是需要一定的了解。

下面我会从六个方面来对封装平台进行讲解，这六个方面是：封装、散热、材料、基板、金线、器件。

首先我们聊聊封装，这个封装指的是封装的形式，如DIP、SOP、SOT、QFN、BGA；这里面，DIP封装是模拟集成电路的最初的封装，其封装比较简单，现在大部分封装厂商都可以完成；SOP封装是DIP封装的升级，其封装的尺寸比DIP小，所以其技术水平要求更高；SOT这种封装比较特殊，一般用于模拟集成电路功耗较高，发热较大的封装，一般用于电源管理芯片；QFN封装比SOP封装更加高级，其采用4边管脚，所以其管脚密度更大；而BGA封装是现在封装密度最大的，因为它采用的是平面立体管脚，所以其管脚密度是前面几种封装的平方倍。

下面我们看看散热，这个是所以模拟集成电路的封装所无法回避的问题。由于模拟集成电路中有些模块面积小，功耗高，所以局部温度会很高，达到器件结温，所以这时就需要在封装上进行散热处理，一般现在可以采用的方法有三种：导热胶、风扇、水冷。其中，导热胶是比较简单的方式，在芯片封装上直接涂抹导热胶后就可以对温度进行一个降低，只是它的降温性能在三个方式下最小的；风扇方式是在芯片封装上添加一个风扇，这个大家最容易看到的例子是我们台式电脑所使用的CPU，它们基本都添加了风扇，当然有些显卡的GPU芯片上也有风扇；水冷方式是效果最好的方式，当然其实现比较复杂，需要一个循环系统，唯一的缺点是其功耗比前两种方式要高。

接着我们谈谈材料，在封装中所采用的材料主要是胶水和焊锡。其中胶水是材料中比较重要的一环，它决定了其他器件之间的结合度、稳定度、可靠度；一般性能比较好的胶水主要有日本和德国这两个国家提供，其他国家的材料一般都是刚刚开发出来，其性能也许比较高，但是其稳定性却还需要长时间和大批量的观察；而焊锡大家在进行电子电路设计时用的比较多，我这边需要讲讲其一个比较重要的性能就是焊点，因为现在为了保证PCB上的芯片和器件的可靠性，业界的自动化焊接越来越向低温焊发展，所以这就对焊锡的焊点提出了更加严苛的要求，以前300多度的焊点需要降低到220度，甚至以下，这是焊锡材料的选择就非常重要了。

第四个方面是基板，以前由于模拟集成电路的工作速率较低，频带不高，所以基板的作用只是起一个支撑作用，只要稳固就行；随着信息大爆炸，模拟集成电路的频带越来越高，已经进入到毫米波段，使得基板由原来的支撑作用发展到支撑作用和高带宽性能这两个主要作用；原来基板的材料主要是陶瓷，而现在已经发展出多种有机材料的基板，如LTTC，HTTC等高性能基板。在这方面，特别是在高性能陶瓷基板方面，现在日本一枝独秀，相关公司名称为京瓷，它几乎垄断了高端陶瓷基板的市场，现在还没有看到一家企业可以与之抗衡。

我下面来聊聊封装中大家见的最多的材料：金线。它是我们在接触模拟集成电路时，最先碰到的材料，它是模拟集成电路和芯片封装引脚直接的连接。过去由于模拟集成电路的工作速率较低，频带不高，所以金线的作用主要是连接作用；随着信息大爆炸，模拟集成电路的频带越来越高，已经进入到毫米波段，使得金线由原来的连接线逐渐变为一个具有频率特性的无源器件；现在通过对金线的长度、直径、根数、打线弧度等信息对金线需要进行S参数模拟，使其表现为一个电阻、电容、电感器件的组合，从而将其纳入到频响函数中去进行设计，从而优化得到较好的高频特性，满足模拟集成电路的设计要求。

最后我们看看封装中所使用的器件，这里的器件有无源器件和有源器件两种。其中无源器件主要是电阻、电容、电感；这些器件由于需要封装在芯片内部，所以其尺寸非常小，有些是垂直结构，这样它们在外形上和我们在PCB上看到的会稍微有些区别；有源器件一般来说对应标准封装基本是不采用的，它一般用于非标准封装，特别是在光电封装中，由于模拟集成电路需要和光电芯片一起完成光电转换的功能，所以这时有源器件也会被用于封装。

好，总结一下，这一讲我从封装的六个方面对封装平台进行了讲解，它们分别是：封装、散热、材料、基板、金线、器件。希望这些知识能够对大家在封装领域有所帮助。