告訴你什么是封裝

經過漫長的流程，從設計到制造，終于獲得一顆IC芯片了。然而一顆芯片相當小且薄，如果不在外施加保護，會被輕易的刮傷損壞。此外，因為芯片的尺寸微小，如果不用一個較大尺寸的外殼，將不易以人工安置在電路板上。因此，本文接下來要針對封裝加以描述介紹。

目前常見的封裝有兩種，一種是電動玩具內常見的，黑色長得像蜈蚣的DIP封裝，另一為購買盒裝CPU時常見的BGA封裝。至于其他的封裝法，還有早期CPU使用的PGA（Pin Grid Array；Pin Grid Array）或是DIP的改良版QFP（塑料方形扁平封裝）等。因為有太多種封裝法，以下將對DIP以及BGA封裝做介紹。

傳統封裝，歷久不衰

首先要介紹的是雙排直立式封裝（Dual Inline Package；DIP），從下圖可以看到采用此封裝的IC芯片在雙排接腳下，看起來會像條黑色蜈蚣，讓人印象深刻，此封裝法為最早采用的IC封裝技術，具有成本低廉的優勢，適合小型且不需接太多線的芯片。但是，因為大多采用的是塑料，散熱效果較差，無法滿足現行高速芯片的要求。因此，使用此封裝的，大多是歷久不衰的芯片，如下圖中的OP741，或是對運作速度沒那么要求且芯片較小、接孔較少的IC芯片。

  ▲ 左圖的IC芯片為OP741，是常見的電壓放大器。右圖為它的剖面圖，這個封裝是以金線將芯片接到金屬接腳（Leadframe）。

至于球格陣列（Ball Grid Array，BGA）封裝，和DIP相比封裝體積較小，可輕易的放入體積較小的裝置中。此外，因為接腳位在芯片下方，和DIP相比，可容納更多的金屬接腳

相當適合需要較多接點的芯片。然而，采用這種封裝法成本較高且連接的方法較復雜，因此大多用在高單價的產品上。

  ▲ 左圖為采用 BGA 封裝的芯片。右圖為使用覆晶封裝的 BGA 示意圖。

行動裝置興起，新技術躍上舞臺

然而，使用以上這些封裝法，會耗費掉相當大的體積。像現在的行動裝置、穿戴裝置等，需要相當多種元件，如果各個元件都獨立封裝，組合起來將耗費非常大的空間，因此目前有兩種方法，可滿足縮小體積的要求，分別為SoC（System On Chip）以及SiP（System In Packet）。

在智慧型手機剛興起時，在各大財經雜志上皆可發現SoC這個名詞，然而SoC究竟是什么東西？簡單來說，就是將原本不同功能的IC，整合在一顆芯片中。藉由這個方法，不單可以縮小體積，還可以縮小不同IC間的距離，提升芯片的計算速度。至于制作方法，便是在IC設計階段時，將各個不同的IC放在一起，再透過先前介紹的設計流程，制作成一張光罩。

然而，SoC并非只有優點，要設計一顆SoC需要相當多的技術配合。IC芯片各自封裝時，各有封裝外部保護，且IC與IC間的距離較遠，比較不會發生交互干擾的情形。但是，當將所有IC都包裝在一起時，就是噩夢的開始。IC設計廠要從原先的單純設計IC，變成了解并整合各個功能的IC，增加工程師的工作量。此外，也會遇到很多的狀況，像是通訊芯片的高頻訊號可能會影響其他功能的IC等情形。

此外，SoC還需要獲得其他廠商的IP（intellectual property）授權，才能將別人設計好的元件放到SoC中。因為制作SoC需要獲得整顆IC的設計細節，才能做成完整的光罩，這同時也增加了SoC的設計成本?；蛟S會有人質疑何不自己設計一顆就好了呢？因為設計各種IC需要大量和該IC相關的知識，只有像Apple這樣多金的企業，才有預算能從各知名企業挖角頂尖工程師，以設計一顆全新的 IC，透過合作授權還是比自行研發劃算多了。

折衷方案，SiP 現身

作為替代方案，SiP躍上整合芯片的舞臺。和SoC不同，它是購買各家的IC，在最后一次封裝這些IC，如此便少了IP授權這一步，大幅減少設計成本。此外，因為它們是各自獨立的IC，彼此的干擾程度大幅下降。

▲ Apple Watch采用SiP技術將整個電腦架構封裝成一顆芯片，不單滿足期望的效能還縮小體積，讓手錶有更多的空間放電池。

采用SiP技術的產品，最著名的非 Apple Watch 莫屬。因為Watch的內部空間太小，它無法采用傳統的技術，SoC 的設計成本又太高SiP成了首要之選。藉由SiP技術，不單可縮小體積，還可拉近各個IC間的距離，成為可行的折衷方案。下圖便是 Apple Watch 芯片的結構圖，可以看到相當多的IC包含在其中。

▲ Apple Watch 中采用SiP封裝的 S1 芯片內部配置圖。

完成封裝后，便要進入測試的階段，在這個階段便要確認封裝完的IC是否有正常的運作，正確無誤之后便可出貨給組裝廠，做成我們所見的電子產品。至此，半導體產業便完成了整個生產的任務。

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