從頭到尾構建混合信號高集成度系統(SOC)的步驟(3):封裝和商業(yè)計劃

　　背景：Dave Ritter收到一份關(guān)于與Tamara Schmitz(T博士) 進(jìn)行一次具體內容未定的討論的罕見(jiàn)正式會(huì )面邀請……

　　Dave Ritter：上次我們討論了定義設計概念的過(guò)程。其內容是不是比你想象的要多?

　　Tamara Schmitz：毫無(wú)疑問(wèn)。但我還有一個(gè)關(guān)于封裝的遺留問(wèn)題。你是否需要知道封裝類(lèi)型才能確定哪些元件可以包括在集成電路內?這對設計有何影響?

　　Dave：這當然是定義過(guò)程的一部分。但是可以簡(jiǎn)化針對你所需要的封裝，有多少的管腳和多大的管芯尺寸，但事情可能會(huì )變得復雜。

　　Tamara博士：我曾在文章中看到過(guò)說(shuō)，軍事和太空應用希望使用帶引線(xiàn)的器件——這樣可能有更出色的可靠性和更牢固的焊點(diǎn)。我想象蜂窩電話(huà)等便捷式應用可能想要球柵陣列(BGA)封裝來(lái)最大限度減小尺寸。

　　Dave：是的，另外還有其他考慮。我們需要知道一些基本熱性質(zhì)。這對高功耗部件是顯而易見(jiàn)的事，但一些信號處理部件的功耗可能達到一瓦，而封裝大小只有4平方毫米。在這此情形中，我們需要“增強散熱型”封裝，其通常在中心包括一個(gè)用于給芯片散熱的大導熱片。

　　對于小型便捷式應用，BGA可能是芯片級封裝(CSP)的結果。在這些情形中，封裝消失不見(jiàn)而代之以一個(gè)附加處理步驟，在芯片上增加一個(gè)更堅固的金屬層，隨后給每個(gè)焊盤(pán)增加一個(gè)焊球。CSP實(shí)際上已經(jīng)不再是封裝，這使芯片容易受到來(lái)自印刷電路板的應力。CSP的適合性完全取決于應用。

　　Tamara博士：在選擇封裝方面有什么快速參考或經(jīng)驗法則嗎?　　

 

　　Dave：封裝越小越好，只要你能保證散熱效果就行。從需要的引腳數量(我喜歡在原始定義的基礎上再增加兩三個(gè)引腳，以防萬(wàn)一)、需要的管芯尺寸以及已有的標準封裝清單開(kāi)始選擇。但這并不是說(shuō)我們有了標準的封裝就一定得使用它或因為有相關(guān)的生產(chǎn)設備就使用該封裝。也有一些特殊情形，例如針對環(huán)境光傳感器的光學(xué)封裝。在有些情形中，封裝中充滿(mǎn)一種包圍著(zhù)芯片和焊線(xiàn)的物質(zhì)，從而改進(jìn)焊線(xiàn)的熱處理以及對振動(dòng)和機械沖擊等條件的抵抗力。在光學(xué)封裝中，該物質(zhì)必須是透明的，而且該透明物質(zhì)可能沒(méi)有與普通物質(zhì)相同的熱膨脹性質(zhì)。如果使這種封裝的溫度上升到足夠高，其將使焊線(xiàn)從芯片脫離。另外還有許多要考慮的事情。

　　Tamara博士：好的，封裝就說(shuō)到這里，現在讓我們深入到集成電路內部。這方面有許多問(wèn)題需要回答：使用什么工藝，如何分離數字或模擬電路，哪種電路拓撲結構合適，功率預算是多少，需要優(yōu)化哪些技術(shù)規格……這些問(wèn)題都很要緊……

　　Dave：哦，你還真是著(zhù)急。一些事情是在商業(yè)計劃之前討論，另一些是從類(lèi)似項目估計得到的。這是否是新平臺?或者是現有功能的修改或綜合?新平臺需要更長(cháng)的時(shí)間和更多驗證、概念證明、客戶(hù)購買(mǎi)等。

　　無(wú)論哪種情況，營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理都需要估計項目的工時(shí)數和生產(chǎn)成本。是否有特別難以設計的新器件?我們是否需要測試我們從未測試過(guò)的技術(shù)規格?最后，我們還需要估算設計成本(從概念到首次芯片生產(chǎn))和每個(gè)器件的生產(chǎn)成本。

　　Tamara博士：如果營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理知道先前的集成電路開(kāi)發(fā)用了多長(cháng)時(shí)間以及與其合作的團隊的優(yōu)勢，我猜他們就能做出合理的估計。

　　Dave：同時(shí)還要記住，這些團隊可能還正在從事類(lèi)似項目。他們可能甚至能夠將一種設計的部分內容復用于另一種設計。這被稱(chēng)為“知識產(chǎn)權(IP)復用”。這也有助于加快新器件的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

　　Tamara博士：聽(tīng)上去有點(diǎn)像是荒野求生。你需要考慮任何和所有可能有用的人員和知識。在決定設計和開(kāi)發(fā)什么集成電路時(shí)這些考慮可能非常關(guān)鍵。

　　Dave：你是對的，但你漏了一項重要內容——潛在市場(chǎng)。你將銷(xiāo)售多少集成電路，向誰(shuí)銷(xiāo)售以及售價(jià)是多少?你希望多長(cháng)時(shí)間開(kāi)始銷(xiāo)售該集成電路?

　　商業(yè)計劃(BP)有許多圖表，其中包括總市場(chǎng)容量(TAM)、可銷(xiāo)售市場(chǎng)容量(SAM)、平均售價(jià)(ASP)等內容，附有在產(chǎn)品壽命期間針對所有這些內容的數字。

　　Tamara博士：毛利潤率方面我倒是聽(tīng)了不少?你能多談?wù)勥@個(gè)嗎?

　　Dave：毛利潤率是指產(chǎn)品的利潤率。毛利潤率為100%意味著(zhù)我們能零成本生產(chǎn)東西，而0%意味著(zhù)我們產(chǎn)品的售價(jià)正好等于它的成本。典型的毛利潤率是30%(大量生產(chǎn))，一些新開(kāi)發(fā)的高頻產(chǎn)品是大概在60%，而軍事或太空應用產(chǎn)品則超過(guò)90%。