芯片封裝技術(shù)知多少

前言

我們經(jīng)常聽說某某芯片采用什么什么的封裝方式，在我們的電腦中，存在著各種各樣不同處理芯片，那么，它們又是是采用何種封裝形式呢？并且這些封裝形式又有什么樣的技術(shù)特點(diǎn)以及優(yōu)越性呢？那么就請看看下面的這篇文章，將為你介紹個(gè)中芯片封裝形式的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。

一、DIP雙列直插式封裝

DIP(DualIn－line Package)是指采用雙列直插形式封裝的集成電路芯片，絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路(IC)均采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般不超過100個(gè)。采用DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳，需要插入到具有DIP結(jié)構(gòu)的芯片插座上。當(dāng)然，也可以直接插在有相同焊孔數(shù)和幾何排列的電路板上進(jìn)行焊接。DIP封裝的芯片在從芯片插座上插拔時(shí)應(yīng)特別小心，以免損壞引腳。

DIP封裝具有以下特點(diǎn)：

1.適合在PCB(印刷電路板)上穿孔焊接，操作方便。
2.芯片面積與封裝面積之間的比值較大，故體積也較大。
Intel系列CPU中8088就采用這種封裝形式，緩存(Cache)和早期的內(nèi)存芯片也是這種封裝形式。

二、QFP塑料方型扁平式封裝和PFP塑料扁平組件式封裝

QFP（Plastic Quad Flat Package）封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細(xì)，一般大規(guī)模或超大型集成電路都采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般在100個(gè)以上。用這種形式封裝的芯片必須采用SMD（表面安裝設(shè)備技術(shù)）將芯片與主板焊接起來。采用SMD安裝的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有設(shè)計(jì)好的相應(yīng)管腳的焊點(diǎn)。將芯片各腳對準(zhǔn)相應(yīng)的焊點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)與主板的焊接。用這種方法焊上去的芯片，如果不用專用工具是很難拆卸下來的。

PFP（Plastic Flat Package）方式封裝的芯片與QFP方式基本相同。唯一的區(qū)別是QFP一般為正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是長方形。

QFP/PFP封裝具有以下特點(diǎn)：

1.適用于SMD表面安裝技術(shù)在PCB電路板上安裝布線。
2.適合高頻使用。
3.操作方便，可靠性高。
4.芯片面積與封裝面積之間的比值較小。

Intel系列CPU中80286、80386和某些486主板采用這種封裝形式。

三、PGA插針網(wǎng)格陣列封裝

PGA(Pin Grid Array Package)芯片封裝形式在芯片的內(nèi)外有多個(gè)方陣形的插針，每個(gè)方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列。根據(jù)引腳數(shù)目的多少，可以圍成2-5圈。安裝時(shí)，將芯片插入專門的PGA插座。為使CPU能夠更方便地安裝和拆卸，從486芯片開始，出現(xiàn)一種名為ZIF的CPU插座，專門用來滿足PGA封裝的CPU在安裝和拆卸上的要求。

ZIF(Zero Insertion Force Socket)是指零插拔力的插座。把這種插座上的扳手輕輕抬起，CPU就可很容易、輕松地插入插座中。然后將扳手壓回原處，利用插座本身的特殊結(jié)構(gòu)生成的擠壓力，將CPU的引腳與插座牢牢地接觸，絕對不存在接觸不良的問題。而拆卸CPU芯片只需將插座的扳手輕輕抬起，則壓力解除，CPU芯片即可輕松取出。

PGA封裝具有以下特點(diǎn)：

1.插拔操作更方便，可靠性高。
2.可適應(yīng)更高的頻率。

Intel系列CPU中，80486和Pentium、Pentium Pro均采用這種封裝形式。

四、BGA球柵陣列封裝

隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，對集成電路的封裝要求更加嚴(yán)格。這是因?yàn)榉庋b技術(shù)關(guān)系到產(chǎn)品的功能性，當(dāng)IC的頻率超過100MHz時(shí)，傳統(tǒng)封裝方式可能會產(chǎn)生所謂的“CrossTalk”現(xiàn)象，而且當(dāng)IC的管腳數(shù)大于208 Pin時(shí)，傳統(tǒng)的封裝方式有其困難度。因此，除使用QFP封裝方式外，現(xiàn)今大多數(shù)的高腳數(shù)芯片（如圖形芯片與芯片組等）皆轉(zhuǎn)而使用BGA(Ball Grid Array Package)封裝技術(shù)。BGA一出現(xiàn)便成為CPU、主板上南/北橋芯片等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。

BGA封裝技術(shù)又可詳分為五大類：

1.PBGA（Plasric BGA）基板：一般為2-4層有機(jī)材料構(gòu)成的多層板。Intel系列CPU中，Pentium II、III、IV處理器均采用這種封裝形式。

2.CBGA（CeramicBGA）基板：即陶瓷基板，芯片與基板間的電氣連接通常采用倒裝芯片（FlipChip，簡稱FC）的安裝方式。Intel系列CPU中，Pentium I、II、Pentium Pro處理器均采用過這種封裝形式。

3.FCBGA（FilpChipBGA）基板：硬質(zhì)多層基板。

4.TBGA（TapeBGA）基板：基板為帶狀軟質(zhì)的1-2層PCB電路板。

5.CDPBGA（Carity Down PBGA）基板：指封裝中央有方型低陷的芯片區(qū)（又稱空腔區(qū)）。

BGA封裝具有以下特點(diǎn)：

1.I/O引腳數(shù)雖然增多，但引腳之間的距離遠(yuǎn)大于QFP封裝方式，提高了成品率。
2.雖然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善電熱性能。
3.信號傳輸延遲小，適應(yīng)頻率大大提高。
4.組裝可用共面焊接，可靠性大大提高。

BGA封裝方式經(jīng)過十多年的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段。1987年，日本西鐵城（Citizen）公司開始著手研制塑封球柵面陣列封裝的芯片（即BGA）。而后，摩托羅拉、康柏等公司也隨即加入到開發(fā)BGA的行列。1993年，摩托羅拉率先將BGA應(yīng)用于移動電話。同年，康柏公司也在工作站、PC電腦上加以應(yīng)用。直到五六年前，Intel公司在電腦CPU中（即奔騰II、奔騰III、奔騰IV等），以及芯片組（如i850）中開始使用BGA，這對BGA應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展發(fā)揮了推波助瀾的作用。目前，BGA已成為極其熱門的IC封裝技術(shù)，其全球市場規(guī)模在2000年為12億塊，預(yù)計(jì)2005年市場需求將比2000年有70%以上幅度的增長。

五、CSP芯片尺寸封裝

隨著全球電子產(chǎn)品個(gè)性化、輕巧化的需求蔚為風(fēng)潮，封裝技術(shù)已進(jìn)步到CSP(Chip Size Package)。它減小了芯片封裝外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封裝尺寸就有多大。即封裝后的IC尺寸邊長不大于芯片的1.2倍，IC面積只比晶粒（Die）大不超過1.4倍。

CSP封裝又可分為四類：

1.Lead Frame Type(傳統(tǒng)導(dǎo)線架形式)，代表廠商有富士通、日立、Rohm、高士達(dá)（Goldstar）等等。
2.Rigid Interposer Type(硬質(zhì)內(nèi)插板型)，代表廠商有摩托羅拉、索尼、東芝、松下等等。
3.Flexible Interposer Type(軟質(zhì)內(nèi)插板型)，其中最有名的是Tessera公司的microBGA，CTS的sim-BGA也采用相同的原理。其他代表廠商包括通用電氣（GE）和NEC。
4.Wafer Level Package(晶圓尺寸封裝)：有別于傳統(tǒng)的單一芯片封裝方式，WLCSP是將整片晶圓切割為一顆顆的單一芯片，它號稱是封裝技術(shù)的未來主流，已投入研發(fā)的廠商包括FCT、Aptos、卡西歐、EPIC、富士通、三菱電子等。

CSP封裝具有以下特點(diǎn)：

1.滿足了芯片I/O引腳不斷增加的需要。
2.芯片面積與封裝面積之間的比值很小。
3.極大地縮短延遲時(shí)間。

CSP封裝適用于腳數(shù)少的IC，如內(nèi)存條和便攜電子產(chǎn)品。未來則將大量應(yīng)用在信息家電（IA）、數(shù)字電視（DTV）、電子書（E-Book）、無線網(wǎng)絡(luò)WLAN／GigabitEthemet、ADSL／手機(jī)芯片、藍(lán)芽（Bluetooth）等新興產(chǎn)品中。

六、MCM多芯片模塊

為解決單一芯片集成度低和功能不夠完善的問題，把多個(gè)高集成度、高性能、高可靠性的芯片，在高密度多層互聯(lián)基板上用SMD技術(shù)組成多種多樣的電子模塊系統(tǒng)，從而出現(xiàn)MCM(Multi Chip Model)多芯片模塊系統(tǒng)。
MCM具有以下特點(diǎn)：

1.封裝延遲時(shí)間縮小，易于實(shí)現(xiàn)模塊高速化。
2.縮小整機(jī)/模塊的封裝尺寸和重量。
3.系統(tǒng)可靠性大大提高。

結(jié)束語

總之，由于CPU和其他超大型集成電路在不斷發(fā)展，集成電路的封裝形式也不斷作出相應(yīng)的調(diào)整變化，而封裝形式的進(jìn)步又將反過來促進(jìn)芯片技術(shù)向前發(fā)展。