DIP 与 QFP·长着腿的芯片
老式电器里那些两边长着一排“蜈蚣腿”的黑色长条，和四边都伸出细腿的黑色方块，就是 DIP 和 QFP。它们是芯片封装的第一代和第二代主力。这一页讲清楚它们为什么出现、腿是怎么焊到电路板上的，以及为什么后来让位给 QFN 和 BGA。
从“金属罐头”到一排整齐的腿
集成电路刚出现时，最头疼的不是做芯片，而是怎么把它装到电路板上。
1960 年代初，第一批集成电路（把多个晶体管做在一块硅片上的芯片）刚刚问世。当时芯片主要装在两种外壳里：
- TO 金属罐：从晶体管时代沿用下来的圆形金属小罐，底下伸出一圈细腿。腿排成一个圆，电路板上的孔也得钻成一个圆，布线很别扭。
- 扁平封装（flatpack）：薄薄的陶瓷小片，腿从两边水平伸出，要一根根焊在板子表面。体积小，但很贵，又难用机器装配，主要给军工和航天用。
计算机厂商需要的是：便宜、规整、能让机器自动插装的外壳。1964 到 1965 年前后（不同资料说法不一），仙童半导体（Fairchild）封装部门的 Bryant “Buck” Rogers 和同事 Don Forbes、Rex Rice 设计出了一种 14 根腿的陶瓷封装：腿分成平行的两排，向下弯，间距正好 0.1 英寸。这就是 DIP（Dual In-line Package，双列直插封装）。
← 左右滑动查看 →
DIP 很快从昂贵的陶瓷版发展出便宜的塑料版：把芯片放在铜合金做的“骨架”上，再用黑色环氧树脂一次性包起来。价格大幅下降，整个 1970 年代，从 7400 系列逻辑门到 Intel 8080、MOS 6502、Zilog Z80 这些早期微处理器，几乎都是 DIP。
- 1964
DIP 诞生：仙童设计出 14 脚陶瓷 DIP，腿距 0.1 英寸（2.54 mm）。
- 1970s
塑料 DIP 普及：成本骤降；CPU 用到 40 脚（如 Intel 8080、MOS 6502）。1979 年的摩托罗拉 68000 用了 64 脚 DIP，长约 8 厘米，接近这种封装的极限。
- 1970s
小外形 SO 封装：据记载由飞利浦率先推出，腿距减半到 1.27 mm，腿向外弯成“鸥翼”贴在板子表面，最早用在电子表这类小产品里。
- 1980s
表面贴装（SMT）革命：PLCC、QFP 普及，日本厂商在消费电子里大规模推广贴片工艺，电路板开始告别钻孔插件。
- 1990s
- 今天
DIP 主要留在教学、爱好和少量工业产品里；QFP 仍是单片机和汽车电子的常见选择。
为什么偏偏是 2.54 mm？
2.54 mm 就是 0.1 英寸，是当时美国工程图纸上最顺手的整数。这个数字后来成了电子行业的“通用尺子”：面包板（不用焊接、直接插线做实验的白色塑料板）的孔距、排针、洞洞板，全都是 2.54 mm。两排腿之间的距离也是英寸整数：窄体 0.3 英寸（7.62 mm），宽体 0.6 英寸（15.24 mm）。窄体 DIP 正好跨在面包板中间那条凹槽上，两边的腿各占一列，互不短路。
一副铜骨架，一身塑料壳，一排腿
DIP 和 QFP 的内部几乎一样，区别主要在腿的形状和焊法。
先看骨架：引线框架
DIP、SOIC、QFP 都属于引线框架封装。引线框架是一张很薄的铜合金片（厚约 0.1–0.25 mm），用冲压或蚀刻做成镂空的形状：中间一块小平台放芯片，四周一圈细条就是未来的腿。芯片用胶粘在平台上，再用比头发还细的金线把芯片焊盘和每根腿连起来（这一步叫打线键合）。然后整体灌进模具，用环氧塑封料包住，最后把多余的框架切掉，把腿弯成需要的形状。
- 1外框（导轨）：一长条框架上并排几十个单元，方便机器搬运，最后切掉。
- 2芯片座 + 硅芯片：芯片用银胶粘在中间的小平台上。
- 3连筋：把芯片座吊在外框上，塑封前不让它掉下来。
- 4挡条（dam bar）：把腿连在一起，挡住塑封料不往外流，塑封后切断。
- 5内引脚：金线焊在它的尖端，外面那段就是将来的腿。
DIP 焊在板子上：穿孔插装
DIP 的腿是直直向下的。电路板上对应地钻好孔，孔壁镀一层铜（叫镀通孔），腿从正面插进去，从背面露出来。然后把整块板子从一道“熔化焊锡的波浪”上方滑过，背面的腿和孔一起沾满焊锡，这叫波峰焊。焊锡会顺着镀铜孔壁往上爬，把腿牢牢抓住。
- 1塑封料：黑色环氧树脂外壳。
- 2硅芯片：粘在芯片座上。
- 3键合线：金线，直径约 25 µm。
- 4引线框架：芯片座和内引脚，铜合金。
- 5引脚（腿）：从塑封体侧面伸出，向下弯 90 度。
- 6镀通孔：板上钻的孔，孔壁镀铜，焊锡填满。
- 7焊点：背面的锥形焊锡，肉眼就能检查。
- 8电路板
QFP 焊在板子上：表面贴装
QFP 的腿不再往下插，而是弯成 Z 字形，像海鸥展开的翅膀（所以叫鸥翼引脚），脚尖平平地趴在板子表面的铜焊盘上。焊法也变了：先用钢网在焊盘上刷一层锡膏（焊锡粉和助焊剂调成的膏），贴片机把芯片放上去，整块板子进一个长长的烤炉，锡膏熔化后冷却成焊点，这叫回流焊。
点下面的按钮，对比两种装法。注意看电路板的背面：
贴装带来的好处远不止“不用钻孔”：元件可以做得更小、腿距可以减半再减半、两面都能放元件，贴片机每小时能放几万甚至十几万个元件。1980 年代，正是表面贴装让随身听、录像机、笔记本电脑变得又小又便宜。
家族成员：腿的几种长法
SOP / SOIC：两边鸥翼
DIP 的贴片版，腿距 1.27 mm，常见 8–28 脚。更薄更细的叫 TSSOP、MSOP（0.65 或 0.5 mm）。至今仍被大量使用。
PLCC：J 形腿
腿从四边伸出后向内卷到肚子底下，像字母 J。腿距 1.27 mm，20–84 脚，可以插在插座里方便更换，老电脑的 BIOS 芯片常用它。现已基本退役。
QFP / LQFP / TQFP：四边鸥翼
四条边都长腿，腿距 0.4–0.8 mm（常见 0.5 mm），32 到 200 多脚。L 表示薄型（厚 1.4 mm），T 表示更薄（厚 1.0 mm）。
同样的腿数，占地缩小到几分之一
DIP 解决了“标准化和自动化”，QFP 解决了“腿太多、板太大”。
DIP 让芯片第一次有了统一的“鞋码”：任何厂家的芯片都能插进同样间距的孔里，计算机主板可以像搭积木一样批量生产。但它只用了两条边，腿距又大，腿一多就变成长长的一条。40 脚的 DIP 长约 52 mm，几乎和一根手指一样长。
QFP 同时动了两个“旋钮”：四条边都用上，腿距从 2.54 mm 缩到 0.8 甚至 0.5 mm。下面按真实比例画出 40 多个引脚的几种封装，差距一目了然。
← 左右滑动查看 →
动手试试：引脚越多，差距越大
拖动滑块改变引脚数，下面按同一比例画出 DIP（2.54 mm）、QFP（0.5 mm）和 BGA（0.8 mm 球距，铺满底面）各需要多大。数值是按间距估算的近似值，真实型号会略有出入。
| 封装 | 出现年代 | 引脚间距 | 常见引脚数 | 怎么焊 | 今天 |
|---|---|---|---|---|---|
| TO 金属罐 | 1950s–60s | — | 3–12 | 插装 | 部分功率管、传感器 |
| DIP | 1964–65 | 2.54 mm | 8–64 | 插装 · 波峰焊 | 基本退役教学、爱好 |
| SOP / SOIC | 1970s | 1.27 mm | 8–28 | 贴装 · 回流焊 | 大量使用 |
| TSOP / TSSOP | 1980s | 0.5–0.65 mm | 8–86 | 贴装 | 小芯片常用 |
| PLCC | 1980s 普及 | 1.27 mm | 20–84 | 贴装或插座 | 基本退役 |
| QFP 系列 | 1980s 普及 | 0.4–0.8 mm | 32–256 以上 | 贴装 · 回流焊 | 仍常见MCU、工控、汽车 |
腿只能长在边上，而且腿本身就是麻烦
QFP 把“四条边”用到了极致，然后撞上了几何学的墙。
最根本的问题：周长 vs 面积
不管 DIP 还是 QFP，腿都只能排在封装的边上。边长翻一倍，周长只翻一倍，能放的腿也只多一倍；可如果像 BGA 那样把整个底面铺满，面积会翻四倍。芯片越大，这个差距越夸张：
腿本身带来的三个麻烦
← 左右滑动查看 →
- 引脚只能在边上QFP 做到 0.4 mm 间距、200 多脚基本就到头了，再多就得把封装做得巨大。CPU、显卡在 1990 年代因此全部转向 BGA。
- 腿太长，电气性能差长腿像小电感和小天线：电流快速变化时产生电压波动（地弹），高频信号变形。射频和高速芯片不爱用它。
- 腿容易弯，共面度难保JEDEC 一般要求所有脚尖高低差在 0.1 mm 左右以内。0.4 mm 间距的细腿碰一下就歪，运输和贴装都要小心。
- 细间距难焊0.5 mm 以下，锡膏印刷稍有偏差就出现锡桥或少锡，良率下降。
- 占地大、散热差鸥翼腿往外伸 1 mm 多，焊盘还要再往外放。热量主要靠塑料和细腿散出，除非加底部裸露焊盘。
- DIP 还要钻孔每根腿一个孔，占用多层板的内层空间，钻孔本身也花钱，背面无法放元件。
优点
- 结构简单，引线框架成本低
- 焊点露在外面，肉眼或普通相机就能检查
- 手工焊接、返修容易（DIP 甚至能插插座）
- 腿有弹性，能吸收板子和芯片热胀冷缩的差异
- 所有腿都在外圈，便宜的双层板就能布线
缺点
- 引脚数受周长限制，几百脚就到顶
- 同等引脚数下占地大
- 引线长，电感大，不适合高频高速
- 细腿易弯、易锡桥
- DIP 需要钻孔，只能单面放
DIP 进了博物馆，QFP 还在上班
引脚少的芯片被 QFN 接班，引脚多的被 BGA 接班，中间还留着一块 QFP 的地盘。
← 左右滑动查看 →
DIP 为什么退役
1990 年代起，消费电子全面改用表面贴装。DIP 占地太大、要钻孔、只能单面放，在手机和笔记本里毫无立足之地。今天新设计的芯片几乎不再提供 DIP 版本，但它没有完全消失：
- 教学与爱好：面包板只认 2.54 mm。经典的 Arduino Uno 用的 ATmega328P 就是 28 脚 DIP，坏了能直接拔下来换。555 定时器、运放、光耦这些老器件也还有 DIP 版本。
- 工业与维修：一些继电器板、电源、老设备的备件，手工焊、手工换更方便。
QFP 为什么还活着
按理说 QFN 更小、BGA 引脚更多，QFP 应该早被淘汰。但在单片机、工业控制和汽车电子里，QFP 至今很常见，原因很实在：
焊点看得见
鸥翼腿的焊点露在外面，自动光学检测（AOI，用相机拍照找缺陷）一眼就能看到焊得好不好。BGA 和 QFN 的焊点藏在底下，要用 X 光。
便宜的双层板就够
所有腿都在最外圈，走线直接往外拉，不需要 BGA 那种多层板和激光微孔。对大批量、低成本的家电和工控板，这能省下一大笔钱。
腿会“弯腰”
芯片和电路板受热膨胀的程度不同。鸥翼腿像弹簧一样能弯一点，把应力吸收掉，所以在冷热反复变化的汽车里，焊点不容易疲劳开裂。
好修、好焊
烙铁和热风枪就能拆装，小批量样机和维修都方便。很多工程师做第一块板子时都偏爱 QFP。
当然，QFP 的地盘在慢慢缩小：新的单片机越来越多地提供 QFN 和 BGA 版本，需要几百个引脚的芯片早已全部是 BGA。可以预见的是，QFP 会像 SOIC 一样作为“成熟、可靠、便宜”的选择长期存在，但不会再有新的突破。真正的引脚数竞赛已经转到 BGA、倒装芯片和先进封装上。
打开一台老式红白机、早期 PC 或街机主板，满眼都是 DIP。今天的 Arduino Uno（ATmega328P，DIP-28）还保留着它。
常见的“蓝色小板” STM32F103C8T6 单片机是 48 脚 LQFP；很多家电控制板、电机驱动器、汽车车身控制模块里的单片机也是 LQFP，有的车规芯片做到 144 甚至 176 脚。
电路板上那些两边各 4 根腿的小黑块（存储器、运放、电源芯片），多半是 SOIC-8。
自测题
1. 为什么 DIP 的腿距是 2.54 mm 这个奇怪的数字？
它就是 0.1 英寸，当时美国工程图纸上的整数。后来面包板、排针、洞洞板都沿用了这个间距，成了电子行业的通用标准。
2. 同样 40 多个引脚，TQFP 为什么比 DIP 小那么多？
两个原因叠加：一是四条边都放腿（DIP 只用两条边），二是腿距从 2.54 mm 缩到 0.8 mm。结果占地从约 790 mm² 降到约 144 mm²。
3. 一颗芯片要 500 个引脚，为什么不用 QFP？
就算用 0.5 mm 间距，每边 125 根腿，边长也要 60 多毫米，太大了；改用 0.4 mm 又非常难焊。用 BGA 铺满底面，1 mm 球距大约 23 × 23 mm 就够了。
4. 除了“看得见焊点”，汽车厂为什么还喜欢 QFP？
鸥翼腿有弹性，能吸收芯片和电路板热胀冷缩不一致产生的应力，焊点在反复冷热循环中不容易开裂。而且双层板就能布线，成本低。
5. 插装和贴装，哪个能让电路板两面都放元件？为什么？
贴装。插装的腿穿透电路板，背面全是露出来的腿和焊点；贴装只占用板子表面的焊盘，背面还能再贴一层元件。
资料来源
- Computer History Museum, The Silicon Engine: “1965: Package is the First to Accommodate System Design Considerations”（DIP 由仙童的 Don Forbes、Rex Rice、Bryant Rogers 设计）。
- Computer History Museum 藏品目录：Bryant “Buck” Rogers 条目。
- Wikipedia: Dual in-line package；Small outline integrated circuit；Quad flat package；Plastic leaded chip carrier；Surface-mount technology。
- JEDEC JEP95 / MS-026（LQFP、TQFP 外形标准）与 MS-001（塑料 DIP 外形）。
- Microchip、Texas Instruments、STMicroelectronics 公开的封装资料与器件数据手册（DIP-28、SOIC-8、LQFP-48 等尺寸）。
- IPC-7351（表面贴装焊盘设计标准）与 IPC-A-610（电子组件可接受性，焊点外观检查）。