微控制器的封裝在系統的小型化中起著關鍵的作用。在模具上選擇外圍裝置的折衷、焊盤數量和模具尺寸都限制了減小微控制器的尺寸的能力，但是仍然有助於減小端部裝置的整體尺寸。
由於微控制器的尺寸越來越小，熱問題也很重要。在小晶元上有更多的電晶體，在較高的頻率下執行，功耗是乙個關鍵的考慮因素。同時降低電壓和門控不同的外圍裝置，使未使用的元素不消耗電力可以減少整體熱負荷，多餘的熱量產生，然後必須有效地去除或微控制器將降解，最終失敗。這是乙個關鍵的可靠性問題，必須考慮小型微控制器系統。
這就是引腳與大小的權衡。封裝上的附加引腳可用於連線熱通孔，以從微控制器和其他可能對諸如無線介面等公升高的溫度敏感的器件中帶走多餘的熱量。
雖然最新的晶元級封裝可以減少具有給定功能的器件的總占地面積，但減少了四分之一的面積，將更多外圍裝置整合到裝置中並有更多的引腳用於散熱的機會可能更為重要。
設計者還必須意識到微型化的目的。乙個arm核的核心，如cortex-m0+甚至m4，小於一平方公釐的矽–模具的尺寸是由記憶體晶元的金額確定，為包裝的考慮至關重要，需要連線到外部世界的外設。最小的m0裝置，如freescale kinetis kl02，可為1.9×2公釐的晶元級封裝，僅比死亡本身一樣小。在小於4平方公釐，占用pcb面積比球柵陣列或lga封裝小於百分之二十五但提供百分之六十個gpio線長達二十八。這一舉動，幾乎是「矽粉」，允許設計者在不損害最終產品的效能、特徵整合和功耗的情況下顯著減少其板尺寸。
飛思卡爾kinetis kl02家庭形象
圖1：在晶元級封裝的kinetis kl02家庭提供在幾平方公釐的乙個完整的微控制器。
功耗和熱考慮是在這個大小的關鍵，並且有很多事情可以在晶元上完成，以減少整體功耗，並允許更小的封裝。核心執行在48兆赫，有助於保持在整個40°c至105°c的溫度範圍內的電力，並允許裝置在盡可能多的不同環境中使用。還存在多個低功耗模式，例如通過將外圍裝置置於非同步停止模式來降低動態功率的新計算模式。low power uart(lpuart)，spi，我²c，資料轉換器，低功耗定時器和dma引擎都支援低功耗模式的操作，他們沒有醒來的核心。
然而，這不一定反映了矽的實際使用。如果需要不同的掩碼，則製作具有不同外圍裝置和儲存器選項的微控制器的許多不同版本實際上是昂貴的。相反，乙個功能的乙個超集單實現設計和製造，只有一組特定的功能連線。這允許矽**商提供廣泛的產品，同時最小化製造成本，並受益於規模經濟。
開發的下乙個階段是建立更靈活的i/o配置。正如乙個內部匯流排矩陣連線外圍裝置一樣(如在atmel 4s系列中)，所以**商也在引入具有連線i/o引腳的矩陣的設計。這允許任何外圍裝置連線到任何i/o引腳，為**商提供更大的靈活性來提供一系列引腳相容裝置，其中相同的i/os總是在相同的位置。由於矽是備用的，這有助於系統設計者具有可擴充套件性能的設計，而不影響總體尺寸。
這就意味著封裝技術是微控制器小型化的關鍵。atmel公司開發了flash微控制器，也是基於m4核心浮點支援山姆g51系列。這也工作在48 mhz，具有高達256位元組flash，最大速度高達64位元組的sram。外設集包括乙個usart，兩個uart，兩個扭曲，乙個高速的twi，最多兩spi、乙個三通道的通用16位定時器，乙個rtt和乙個8通道、12位adc，大大推動了引腳數的要求。
atmel山姆g51家族形象
圖2：顯示封裝選項範圍的atmel sam g51系列微控制器。
這款外設集讓sam g51系列僅需兩種封裝型別即49球wlcsp晶元級封裝或100引腳lqfp封裝，可廣泛應用於消費類，工業控制和pc外設等應用。
同時，愛特梅爾的sam4s系列也基於arm cortex-m4處理器核心。它工作在120 mhz的最高速度下，具有高達2048 kb的快閃儲存器，可選雙儲存區實現和高速緩衝儲存器以及高達160 kb的sram。外設包括帶嵌入式收發器的全速usb裝置埠，用於sdio / sd / mmc的高速mci，帶儲存器控制器的外部匯流排介面，兩個usart，兩個uart，兩個twi，三個spi，乙個i²s，以及乙個pwm定時器，兩個三通道通用16位定時器(帶步進電機和正交解碼器邏輯支援)，乙個rtc，乙個12位adc，乙個12位dac和乙個模擬比較器。
所有這些都會對封裝和引腳數量帶來更大的要求。該系列具有高達79路i / o線，具有外部中斷功能(邊沿或電平靈敏度)，去抖動，毛刺濾波和片上串聯電阻器端接，以及三個32位並行輸入/輸出控制器。
這導致了一系列封裝，從100導致降至48導，但使用更傳統的技術：
100引腳包
lqfp 14×14公釐，0.5公釐間距
tfbga，9×9公釐，0.8公釐間距
vfbga，7公釐x 7公釐，間距0.65
64引腳包
lqfp，10×10公釐，0.5公釐間距
qfn，9×9公釐，0.5公釐間距
晶圓級封裝、4.42×3.42公釐，間距0.4公釐(sam4s16 / s8)
wlcsp 3.32×33.2 mm，螺距0.4公釐(sam4s4 / s2)
48引腳包
lqfp 7×7公釐，0.5公釐間距
qfn，7×7公釐，0.5公釐間距
醫學影象sam4s atmel的家庭
圖3：愛特梅爾sam4s系列具有更廣泛的外設選項，可以提供更大的封裝。
未來的趨勢
在同一封裝中堆疊在一起的新封裝技術也有助於減少整體占用空間。微控制器晶元不是在微控制器旁邊有單獨的儲存器晶元，而是安裝在乙個封裝內的儲存器晶元或大型fpga的頂部。這種通常被稱為2.5d的方法需要矽內插器和矽通孔(tsv)，這是一種相對較新的技術，現在正在成熟並變得越來越普遍。這用於需要大量記憶體的高階器件，這些器件不能經濟有效地整合在單個晶元上。
全3d封裝將多個裸片直接堆疊在一起;也許在邊緣有i / o焊盤以允許不同裝置之間的互連。雖然這是微型化的長期目標，但將微控制器印刷電路板上的所有元件與儲存器和無線介面組合到乙個封裝器件中，仍然需要克服許多成本，可靠性和散熱問題。
結論
來自多個**商的各種微控制器隱藏了這種裝置小型化的策略。 來自同一核心**商的不同系列封裝的封裝範圍展示了封裝尺寸，外圍組合，功耗和系統尺寸之間的複雜折衷。 再往下看效能曲線，具有複雜外設的32位控制器現在只有幾平方公釐，成為滲透物聯網的「矽塵」。
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