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什么是封装

封装，即(ji)隐藏对象的(de)属(shu)性和实现(xian)细节，仅对外(wai)公开接(jie)(jie)口，控制在(zai)程(cheng)序中(zhong)(zhong)属(shu)性的(de)读(du)和修改的(de)访(fang)问级别；将抽象得到(dao)的(de)数据(ju)和行为（或(huo)功(gong)能）相结(jie)合，形成(cheng)一个有(you)机(ji)(ji)的(de)整体，也就(jiu)是(shi)将数据(ju)与(yu)操作数据(ju)的(de)源(yuan)代码进行有(you)机(ji)(ji)的(de)结(jie)合，形成(cheng)“类”，其中(zhong)(zhong)数据(ju)和函数都是(shi)类的(de)成(cheng)员(yuan)。在(zai)电子方面，封装是(shi)指把(ba)硅(gui)片(pian)上的(de)电路(lu)管脚，用导线接(jie)(jie)引到(dao)外(wai)部接(jie)(jie)头处，以便与(yu)其它器件连接(jie)(jie)。

在面向对(dui)(dui)(dui)象编(bian)程(cheng)中(zhong)，封装（encapsulation）是(shi)将对(dui)(dui)(dui)象运(yun)行所需(xu)的(de)资源封装在程(cheng)序对(dui)(dui)(dui)象中(zhong)——基(ji)本上，是(shi)方(fang)法(fa)和数(shu)(shu)据。对(dui)(dui)(dui)象是(shi)“公布其接(jie)口”。其他(ta)附(fu)加到这(zhei)些接(jie)口上的(de)对(dui)(dui)(dui)象不需(xu)要(yao)关心对(dui)(dui)(dui)象实现的(de)方(fang)法(fa)即(ji)可使(shi)用这(zhei)个对(dui)(dui)(dui)象。这(zhei)个概念就是(shi)“不要(yao)告诉我你是(shi)怎么(me)做(zuo)的(de)，只要(yao)做(zuo)就可以(yi)了。”对(dui)(dui)(dui)象可以(yi)看作是(shi)一(yi)个自(zi)我包含(han)的(de)原子(zi)。对(dui)(dui)(dui)象接(jie)口包括了公共的(de)方(fang)法(fa)和初始化(hua)数(shu)(shu)据。

分封装如何制成

目(mu)前常见(jian)的(de)封(feng)装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)有(you)两种，一(yi)种是电动玩具(ju)内常见(jian)的(de)，黑色长得像(xiang)蜈蚣的(de) DIP 封(feng)装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)，另一(yi)为(wei)购买盒装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang) CPU 时常见(jian)的(de) BGA 封(feng)装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)。至(zhi)于其他的(de)封(feng)装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)法，还有(you)早期 CPU 使用的(de) PGA（Pin Grid Array；Pin Grid Array）或(huo)是 DIP 的(de)改良版(ban) QFP（塑料方形扁平(ping)封(feng)装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)）等。因为(wei)有(you)太多种封(feng)装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)法，以(yi)下将对 DIP 以(yi)及 BGA 封(feng)装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)做(zuo)介绍(shao)。

首先要介绍(shao)的(de)(de)(de)(de)是(shi)双排(pai)直立式封装(zhuang)（Dual Inline Package；DIP），从(cong)下图可以看到采(cai)用(yong)此(ci)封装(zhuang)的(de)(de)(de)(de) IC芯(xin)片(pian)(pian)在(zai)双排(pai)接脚下，看起来(lai)会像条黑色(se)蜈蚣，让人印象(xiang)深刻，此(ci)封装(zhuang)法为最早采(cai)用(yong)的(de)(de)(de)(de) IC 封装(zhuang) 技术，具有成本低廉的(de)(de)(de)(de)优势，适合小型且不(bu)需接太多(duo)线的(de)(de)(de)(de)芯(xin)片(pian)(pian)。但是(shi)，因为大多(duo)采(cai)用(yong)的(de)(de)(de)(de)是(shi)塑料，散(san)热效果较(jiao)差，无(wu)法满(man)足现行高速(su)芯(xin)片(pian)(pian)的(de)(de)(de)(de)要求。因此(ci)，使(shi)用(yong)此(ci)封装(zhuang)的(de)(de)(de)(de)，大多(duo)是(shi)历久不(bu)衰的(de)(de)(de)(de)芯(xin)片(pian)(pian)，如(ru)下图中的(de)(de)(de)(de) OP741，或是(shi)对运作速(su)度没那么要求且芯(xin)片(pian)(pian)较(jiao)小、接孔较(jiao)少的(de)(de)(de)(de) IC 芯(xin)片(pian)(pian)。

左(zuo)图的 IC 芯片(pian)为 OP741，是(shi)常见(jian)的电压(ya)放大器。右图为它的剖面图，这个封(feng)装是(shi)以金线将芯片(pian)接到(dao)金属接脚（Leadframe）。（Source ：左(zuo)图 Wikipedia、右图 Wikipedia）

至(zhi)于球格阵列（Ball Grid Array，BGA）封装(zhuang)(zhuang)，和 DIP 相(xiang)比封装(zhuang)(zhuang)体积较(jiao)(jiao)小(xiao)，可轻易的放入体积较(jiao)(jiao)小(xiao)的装(zhuang)(zhuang)置中。此外，因为接(jie)脚位在(zai)芯片(pian)下方，和 DIP 相(xiang)比，可容纳更(geng)多(duo)的金属接(jie)脚。

相(xiang)当适合需要较(jiao)多接(jie)点的芯片。然(ran)而(er)，采(cai)用这种封装法(fa)成本(ben)较(jiao)高(gao)且连接(jie)的方法(fa)较(jiao)复杂(za)，因此大多用在高(gao)单价的产品上。

左(zuo)图(tu)为采用(yong) BGA 封装(zhuang)的(de)芯片。右图(tu)为使(shi)用(yong)覆晶封装(zhuang)的(de) BGA 示意图(tu)。（Source： 左(zuo)图(tu) Wikipedia）行动(dong)装(zhuang)置兴(xing)起，新技术跃上舞台

然而，使用以上这(zhei)些(xie)封装(zhuang)法，会耗(hao)费掉相(xiang)当大的体(ti)积。像现在的行动装(zhuang)置、穿戴装(zhuang)置等，需(xu)要(yao)相(xiang)当多种(zhong)元件，如果各(ge)个元件都独立封装(zhuang)，组合起来将耗(hao)费非(fei)常(chang)大的空(kong)间，因此目前有两种(zhong)方法，可满足缩小体(ti)积的要(yao)求，分别为 SoC（System On Chip）以及 SiP（System In Packet）。

在(zai)智慧型手机刚(gang)兴起时，在(zai)各大财(cai)经(jing)杂誌上皆可(ke)(ke)发现 SoC 这个(ge)名词(ci)，然而 SoC 究竟是(shi)什么东(dong)西？简单(dan)来说(shuo)，就是(shi)将原(yuan)本不(bu)同功能的(de) IC，整合在(zai)一(yi)(yi)颗芯片中。藉由这个(ge)方法(fa)，不(bu)单(dan)可(ke)(ke)以缩小体积，还可(ke)(ke)以缩小不(bu)同 IC 间(jian)的(de)距离(li)，提(ti)升(sheng)芯片的(de)计(ji)算速度(du)。至于(yu)制作方法(fa)，便是(shi)在(zai) IC 设计(ji)阶(jie)段时，将各个(ge)不(bu)同的(de) IC 放在(zai)一(yi)(yi)起，再(zai)透过先前介(jie)绍(shao)的(de)设计(ji)流程，制作成一(yi)(yi)张光罩。

然而，SoC 并(bing)非(fei)只(zhi)有(you)优点，要设(she)计一颗(ke) SoC 需(xu)要相当(dang)多的技术配合。IC 芯片各(ge)(ge)自封装时，各(ge)(ge)有(you)封装外部保护，且 IC 与 IC 间的距离(li)较(jiao)远，比较(jiao)不会(hui)(hui)发生(sheng)交(jiao)互干扰的情(qing)形。但(dan)是，当(dang)将所有(you) IC 都包装在一起时，就(jiu)是噩梦的开始。IC 设(she)计厂要从原先(xian)的单纯设(she)计 IC，变成了解并(bing)整合各(ge)(ge)个功(gong)能(neng)(neng)的 IC，增加工程(cheng)师的工作(zuo)量。此外，也会(hui)(hui)遇到很多的状(zhuang)况，像(xiang)是通讯芯片的高(gao)频讯号可能(neng)(neng)会(hui)(hui)影响(xiang)其(qi)他(ta)功(gong)能(neng)(neng)的 IC 等情(qing)形。

此(ci)外，SoC 还需要(yao)获得(de)其(qi)他厂商的(de) IP（intellectual property）授权，才能(neng)将别人(ren)设(she)(she)(she)计好(hao)的(de)元件放到 SoC 中。因(yin)为制作 SoC 需要(yao)获得(de)整颗 IC 的(de)设(she)(she)(she)计细节，才能(neng)做成完整的(de)光罩，这同(tong)时也增(zeng)加了(le) SoC 的(de)设(she)(she)(she)计成本。或许(xu)会有人(ren)质疑何不自(zi)己设(she)(she)(she)计一(yi)颗就好(hao)了(le)呢(ni)？因(yin)为设(she)(she)(she)计各(ge)种 IC 需要(yao)大量和该 IC 相(xiang)关的(de)知识，只有像 Apple 这样多(duo)金的(de)企业，才有预算能(neng)从(cong)各(ge)知名企业挖(wa)角顶尖工程师，以(yi)设(she)(she)(she)计一(yi)颗全新的(de) IC，透过合作授权还是比自(zi)行研发划算多(duo)了(le)。

折衷方案，SiP 现身

作为替(ti)代方案，SiP 跃上整合芯片的舞台。和 SoC 不(bu)同，它是(shi)购买(mai)各(ge)家的 IC，在最后一次(ci)封装这些 IC，如此(ci)便(bian)少(shao)了(le) IP 授权这一步(bu)，大幅减(jian)少(shao)设计成本。此(ci)外，因为它们是(shi)各(ge)自(zi)独立的 IC，彼(bi)此(ci)的干扰程度大幅下降。

Apple Watch 采(cai)用 SiP 技术将整(zheng)个电脑(nao)架构(gou)封装成一颗芯片(pian)，不单满足(zu)期望(wang)的效能还缩小体积，让手錶有更多的空间放(fang)电池。（Source：Apple 官网(wang)）

采用(yong)(yong) SiP 技术(shu)的(de)(de)(de)产品，最(zui)着名(ming)的(de)(de)(de)非 Apple Watch 莫属(shu)。因为 Watch 的(de)(de)(de)内部空间(jian)太(tai)小(xiao)，它无(wu)法采用(yong)(yong)传统的(de)(de)(de)技术(shu)，SoC 的(de)(de)(de)设计(ji)成本又太(tai)高，SiP 成了首要之选。藉由(you) SiP 技术(shu)，不单可(ke)缩小(xiao)体(ti)积(ji)，还可(ke)拉近各个 IC 间(jian)的(de)(de)(de)距离，成为可(ke)行(xing)的(de)(de)(de)折衷(zhong)方(fang)案。下图(tu)便是 Apple Watch 芯片的(de)(de)(de)结(jie)构图(tu)，可(ke)以看到(dao)相当多的(de)(de)(de) IC 包含在其中。

Apple Watch 中采(cai)用 SiP 封装的 S1 芯片内部配置图(tu)。（Source：chipworks）

完(wan)成封装后，便要进入测(ce)试的(de)阶(jie)段(duan)，在这个阶(jie)段(duan)便要确(que)认封装完(wan)的(de) IC 是否有正常(chang)的(de)运作，正确(que)无误之后便可出货给组(zu)装厂(chang)，做成我(wo)们所见的(de)电子产(chan)品。至此，半导体产(chan)业(ye)便完(wan)成了整(zheng)个生产(chan)的(de)任务。

其他封装
标准封装规格TO封装

TO（Transistor Out-line）的(de)中文意思是(shi)“晶体(ti)管外形(xing)”。这是(shi)早(zao)期的(de)封装(zhuang)规(gui)格，例(li)如TO-92，TO-92L，TO-220，TO-252等等都(dou)是(shi)插入(ru)式封装(zhuang)设(she)计。近年来(lai)表面贴(tie)(tie)装(zhuang)市(shi)场需求量增大，TO封装(zhuang)也进展到表面贴(tie)(tie)装(zhuang)式封装(zhuang)。

TO252和TO263就是表面贴装封装。其中TO-252又称之(zhi)为D-PAK，TO-263又称之(zhi)为D2PAK。

D-PAK封装的(de)MOSFET有3个电(dian)极(ji)(ji)(ji)(ji)，栅极(ji)(ji)(ji)(ji)（G）、漏极(ji)(ji)(ji)(ji)（D）、源极(ji)(ji)(ji)(ji)（S）。其(qi)中漏极(ji)(ji)(ji)(ji)（D）的(de)引脚被剪断(duan)不用，而是使用背(bei)面的(de)散(san)热板(ban)作漏极(ji)(ji)(ji)(ji)（D），直接焊接在(zai)PCB上，一方(fang)面用于(yu)输出大电(dian)流，一方(fang)面通过PCB散(san)热。所以PCB的(de)D-PAK焊盘有三处，漏极(ji)(ji)(ji)(ji)（D）焊盘较大。

封装TO-252引脚图

芯片(pian)封(feng)装(zhuang)流行的(de)还是双列直(zhi)插(cha)封(feng)装(zhuang)，简称DIP(Dual ln-line Package)。DIP封(feng)装(zhuang)在当时具(ju)有适合PCB(印刷电路板(ban))的(de)穿孔安装(zhuang)，具(ju)有比TO型封(feng)装(zhuang)易于对(dui)PCB布线以及(ji)操(cao)作(zuo)较为方(fang)便等(deng)一(yi)些特点(dian)，其封(feng)装(zhuang)的(de)结构形(xing)式(shi)也很多(duo)，包括多(duo)层(ceng)陶(tao)瓷双列直(zhi)插(cha)式(shi)DIP，单层(ceng)陶(tao)瓷双列直(zhi)插(cha)式(shi)DIP，引线框架(jia)式(shi)DIP等(deng)等(deng)。常用于功率晶(jing)体管、稳压芯片(pian)的(de)封(feng)装(zhuang)。

SOT封装

SOT（Small Out-Line Transistor）小(xiao)外形(xing)晶体(ti)管封(feng)(feng)装(zhuang)。这种封(feng)(feng)装(zhuang)就(jiu)是(shi)贴片型小(xiao)功(gong)率(lv)晶体(ti)管封(feng)(feng)装(zhuang)，比TO封(feng)(feng)装(zhuang)体(ti)积(ji)小(xiao)，一般用于小(xiao)功(gong)率(lv)MOSFET。常见的规格(ge)如上。

主(zhu)板上常用四端引脚的SOT-89 MOSFET。

SOP封装

SOP（Small Out-Line Package）的中文意思是“小外形(xing)封装”。SOP是表面贴装型封装之一，引(yin)脚从封装两(liang)侧(ce)引(yin)出呈海鸥翼状(zhuang)（L 字形(xing)）。材(cai)料有(you)塑料和陶(tao)瓷(ci)两(liang)种。SOP也(ye)叫SOL 和DFP。SOP封装标准(zhun)有(you)SOP-8、SOP-16、SOP-20、SOP-28等等，SOP后(hou)面的数字表示(shi)引(yin)脚数。MOSFET的SOP封装多数采用(yong)SOP-8规格，业界往(wang)往(wang)把“P”省略，叫SO（Small Out-Line ）。

SO-8采(cai)用塑料封装，没(mei)有(you)散热(re)底(di)板，散热(re)不良(liang)，一般用于小功率(lv)MOSFET。

SO-8是PHILIP公司首先开(kai)发的，以后(hou)逐(zhu)渐(jian)派生出TSOP（薄小(xiao)外(wai)形封(feng)(feng)装）、VSOP（甚(shen)小(xiao)外(wai)形封(feng)(feng)装）、SSOP（缩(suo)小(xiao)型(xing)SOP）、TSSOP（薄的缩(suo)小(xiao)型(xing)SOP）等(deng)标准规格。

这些派(pai)生的几种封装规格(ge)中，TSOP和TSSOP常用于MOSFET封装。

QFN（Quad Flat Non-leaded package）是(shi)(shi)表面贴装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)型封(feng)(feng)(feng)装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)之(zhi)一(yi)，中文(wen)叫(jiao)做(zuo)四(si)边无引(yin)线扁平封(feng)(feng)(feng)装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)，是(shi)(shi)一(yi)种(zhong)焊盘尺寸(cun)小(xiao)、体积小(xiao)、以塑料作(zuo)为密封(feng)(feng)(feng)材料的(de)新(xin)兴表面贴装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)芯片(pian)封(feng)(feng)(feng)装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)技术。现在(zai)多称(cheng)(cheng)为LCC。QFN是(shi)(shi)日本(ben)电(dian)子机械工业(ye)会规定的(de)名称(cheng)(cheng)。封(feng)(feng)(feng)装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)四(si)边配置(zhi)有(you)电(dian)极接点(dian)，由于无引(yin)线，贴装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)占有(you)面积比QFP小(xiao)，高度比QFP低。这种(zhong)封(feng)(feng)(feng)装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)也称(cheng)(cheng)为LCC、PCLC、P－LCC等。QFN本(ben)来用于集成电(dian)路的(de)封(feng)(feng)(feng)装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)，MOSFET不会采用的(de)。Intel提出的(de)整合驱动与MOSFET的(de)DrMOS采用QFN-56封(feng)(feng)(feng)装(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)，56是(shi)(shi)指在(zai)芯片(pian)背面有(you)56个(ge)连接Pin。

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