原创 PCB元件封装知识

器件封装，就是指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接。封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用，而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接，从而实现内部芯片与外部电路的连接。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造，因此它是至关重要的。

衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。封装时主要考虑的因素：
1、 芯片面积与封装面积之比为提高封装效率，尽量接近1:1；
2、 引脚要尽量短以减少延迟，引脚间的距离尽量远，以保证互不干扰，提高性能；
3、 基于散热的要求，封装越薄越好。
封装主要分为DIP双列直插和SMD贴片封装两种。从结构方面，封装经历了最早期的晶体管TO（如TO-89、TO92）封装发展到了双列直插封装，随后由PHILIP公司开发出了SOP小外型封装，以 后逐渐派生出SOJ（J型引脚小外形封装）、TSOP（薄小外形封装）、VSOP（甚小外形封装）、 SSOP（缩小型SOP）、TSSOP（薄的缩小型SOP）及SOT（小外形晶体管）、SOIC（小外形集成电路）等。从材料介质方面，包括金属、陶瓷、塑料、塑料，目前很多高强度工作条件需求的电路如军工和宇航级别仍有大量的金属封装。


封装大致经过了如下发展进程：
结构方面：TO－>DIP－>PLCC－>QFP－>BGA －>CSP；
材料方面：金属、陶瓷－>陶瓷、塑料－>塑料；
引脚形状：长引线直插－>短引线或无引线贴装－>球状凸点；
装配方式：通孔插装－>表面组装－>直接安装
具体的封装形式
1、 SOP/SOIC封装
SOP是英文Small Outline Package的缩写，即小外形封装。SOP封装技术由1968～1969年菲利浦公司开发成功，以后逐渐派生出SOJ（J型引脚小外形封装）、TSOP（薄小外形封装）、VSOP（甚小外形封装）、SSOP（缩小型SOP）、TSSOP（薄的缩小型SOP）及SOT（小外形晶体管）、SOIC（小外形集成电路）等。

2、 DIP封装
DIP是英文 Double In-line
Package的缩写，即双列直插式封装。插装型封装之一，引脚从封装两侧引出，封装材料有塑料和陶瓷两种。DIP是最普及的插装型封装，应用范围包括标准逻辑IC，存贮器LSI，微机电路等。

3、 PLCC封装
PLCC是英文Plastic Leaded Chip Carrier的缩写，即塑封J引线芯片封装。PLCC封装方式，外形呈正方形，32脚封装，四周都有管脚，外形尺寸比DIP封装小得多。PLCC封装适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线，具有外形尺寸小、可靠性高的优点。

4、 TQFP封装
TQFP是英文thin quad flat package的缩写，即薄塑封四角扁平封装。四边扁平封装（TQFP）工艺能有效利用空间，从而降低对印刷电路板空间大小的要求。由于缩小了高度和体积，这种封装工艺非常适合对空间要求较高的应用，如PCMCIA 卡和网络器件。几乎所有ALTERA的CPLD/FPGA都有TQFP 封装。

电阻：RES1，RES2，RES3，RES4；封装属性为AXIAL系列
          无极性电容：CAP;封装属性为RAD-0.1到RAD-0.4
          电解电容：ELECTROI;封装属性为RB.2/.4到RB.5/1.0
          电位器：POT1,POT2；封装属性为VR-1到VR-5
          二极管：封装属性为DIODE-0.4(小功率)DIODE-0.7(大功率)
          三极管：常见的封装属性为TO-18（普通三极管）TO-22(大功率三极管)TO-3(大功率达林顿管)
          电源稳压块有78和79系列；78系列如7805，7812，7820等
          79系列有7905，7912，7920等常见的封装属性有TO126H和TO126V
          整流桥：BRIDGE1,BRIDGE2: 封装属性为D系列（D-44，D-37，D-46）
          电阻：AXIAL0.3-AXIAL0.7　　其中0.3-0.7指电阻的长度，一般用AXIAL0.3
          瓷片电容：RAD0.1-RAD0.3。　　其中0.1-0.3指电容大小，一般用RAD0.1
          电解电容：RB.1/.2-RB.4/.8 其中.1/.2-.4/.8指电容大小。一般<100uF用RB.1/.2,100uF-470uF用RB.2/.4,>470uF用RB.3/.6
          二极管：DIODE0.4-DIODE0.7 其中0.4-0.7指二极管长短，一般用DIODE0.4
          发光二极管：RB.1/.2
          集成块：DIP8-DIP40, 其中8-40指有多少脚，8脚的就是DIP8
贴片电阻
          0603表示的是封装尺寸与具体阻值没有关系，但封装尺寸与功率有关通常来说如下：
          0201 1/20W
          0402 1/16W
          0603 1/10W
          0805 1/8W
          1206 1/4W
          电容电阻外形尺寸与封装的对应关系是：
          0402=1.0mmx0.5mm
          0603=1.6mmx0.8mm
          0805=2.0mmx1.2mm
          1206=3.2mmx1.6mm
          1210=3.2mmx2.5mm
          1812=4.5mmx3.2mm
          2225=5.6mmx6.5mm
        零件封装是指实际零件焊接到电路板时所指示的外观和焊点的位置。是纯粹的空间概念因此不同的元件可共用同一零件封装，同种元件也可有不同的零件封装。像电阻，有传统的针插式，这种元件体积较大，电路板必须钻孔才能安置元件，完成钻孔后，插入元件，再过锡炉或喷锡（也可手焊），成本较高，较新的设计都是采用体积小的表面贴片式元件（SMD）这种元件不必钻孔，用钢膜将半熔状锡膏倒入电路板，再把SMD元件放上，即可焊接在电路板上了。关于零件封装我们在前面说过，除了DEVICE。LIB库中的元件外，其它库的元件都已经有了固定的元件封装，这是因为这个库中的元件都有多种形式：
          以晶体管为例说明一下：晶体管是我们常用的的元件之一，在DEVICE。LIB库中，简简单单的只有NPN与PNP之分，但实际上，如果它是NPN的2N3055那它有可能是铁壳子的TO—3，如果它是NPN的2N3054，则有可能是铁壳的TO-66或TO-5，而学用的CS9013，有TO-92A，TO-92B，还有TO-5，TO-46，TO-52等等，千变万化。
          还有一个就是电阻，在DEVICE库中，它也是简单地把它们称为RES1和RES2，不管它是100Ω还是470KΩ都一样，对电路板而言，它与欧姆数根本不相关，完全是按该电阻的功率数来决定的我们选用的1/4W和甚至1/2W的电阻，都可以用AXIAL0.3元件封装，而功率数大一点的话，可用XIAL0.4,AXIAL0.5等等。
          现将常用的元件封装整理如下：
          电阻类及无极性双端元件AXIAL0.3-AXIAL1.0;/无极性电容　RAD0.1-RAD0.4/有极性电容RB.2/.4-RB.5/1.0/
          二极管　DIODE0.4及 DIODE0.7/石英晶体振荡器　XTAL1/晶体管、FET、UJT　TO-xxx(TO-3,TO-5)/
          可变电阻（POT1、POT2）　VR1-VR5.
          当然，我们也可以打开C:\Client98\PCB98\library\advpcb.lib库来查找所用零件的对应封装.这些常用的元件封装，大家最好能把它背下来，这些元件封装，大家可以把它拆分成两部分来记如电阻AXIAL0.3可拆成AXIAL和0.3，AXIAL翻译成中文就是轴状的，0.3则是该电阻在印刷电路板上的焊盘间的距离也就是300mil（因为在电机领域里，是以英制单位为主的。
          同样的，对于无极性的电容，RAD0.1-RAD0.4也是一样；对有极性的电容如电解电容，其封装为RB.2/.4，RB.3/.6等，其中“.2”为焊盘间距，“.4”为电容圆筒的外径。对于晶体管，那就直接看它的外形及功率，大功率的晶体管，就用TO—3，中功率的晶体管，如果是扁平的，就用TO-220，如果是金属壳的，就用TO-66，小功率的晶体管，就用TO-5，TO-46，TO-92A等都可以，反正它的管脚也长，弯一下也可以。对于常用的集成IC电路，有DIPxx，就是双列直插的元件封装，DIP8就是双排，每排有4个引脚，两排间距离是300mil,焊盘间的距离是100mil。SIPxx就是单排的封装。等等。
        值得我们注意的是晶体管与可变电阻，它们的包装才是最令人头痛的，同样的包装，其管脚可不一定一样。例如，对于TO-92B之类的包装，通常是1脚为E（发射极），而2脚有可能是B极（基极），也可能是C（集电极）；同样的，3脚有可能是C，也有可能是B，具体是那个，只有拿到了元件才能确定。因此，电路软件不敢硬性定义焊盘名称（管脚名称），同样的，场效应管，MOS管也可以用跟晶体管一样的封装，它可以通用于三个引脚的元件。Q1-B，在PCB里，加载这种网络表的时候，就会找不到节点（对不上）。在可变电阻上也同样会出现类似的问题；在原理图中，可变电阻的管脚分别为1、W、及2，所产生的网络表，就是1、2和W，在PCB电路板中，焊盘就是1，2，3。当电路中有这两种元件时，就要修改PCB与SCH之间的差异最快的方法是在产生网络表后，直接在网络表中，将晶体管管脚改为1，2，3；将可变电阻的改成与电路板元件外形一样的1，2，3即可。
        封装的处理是个没有多大学问但是颇费功夫的“琐事”，举个简单的例子:DIP8很简单吧，但是有的库用DIP-8,有的就是DIP8.    即使对同一封装结构，在各公司的产品Datasheet上描述差异就很大（不同的文件名体系、不同的名字称谓等）；还有同一型号器件，而管脚排序不一样的情况，等等。对老器件，例如你说的电感，是有不同规格（电感量、电流）和不同的设计要求（插装/SMD）。真个是谁也帮不了谁，想帮也帮不上，大多数情况下还是靠自己的积累。这对，特别是刚开始使用这类软件的人都是感到很困惑的问题，往往很难有把握地找到（或者说确认）资料中对应的footprint就一定正确-- 心中没数！其实很正常。我觉得现成“全能“的库不多；根据电路设计确定选型、找到产品资料，认真核对封装，必要时自己建库（元件）。这些都是使用这类软件完成设计的必要的信息积累。这个过程谁也躲不开的。如果得以坚持，估计只需要一两个产品设计，就会熟练的。所谓“老手”也大多是这么“熬“过来的，甚至是作为“看家”东西的。这个“熬”不是很轻松的，但是必要。
          电阻类及无极性双端元件　　　　AXIAL0.3-AXIAL1.0
          无极性电容　　　　　　　　　　RAD0.1-RAD0.4
          有极性电容　　　　　　　　　　RB.2/.4-RB.5/1.0
          二极管　　　　　　　　　　　　DIODE0.4及 DIODE0.7
          石英晶体振荡器　　　　　　　　XTAL1
          晶体管、FET、UJT　　　　　　 TO-xxx(TO-3,TO-5)
          可变电阻（POT1、POT2）　　　　VR1-VR5