芯片封装论文题目

常见芯片封装2010年01月11日 星期一 下午 02:42 我们经常听说某某芯片采用什么什么的封装方式，在我们的电脑中，存在着各种各样不同处理芯片，那么，它们又是是采用何种封装形式呢？并且这些封装形式又有什么样的技术特点以及优越性呢？那么就请看看下面的这篇文章，将为你介绍个中芯片封装形式的特点和优点。一、DIP双列直插式封装DIP(DualIn－line Package)是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路(IC)均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏引脚。DIP封装具有以下特点：适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接，操作方便。芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式，缓存(Cache)和早期的内存芯片也是这种封装形式。二、QFP塑料方型扁平式封装和PFP塑料扁平组件式封装QFP（Plastic Quad Flat Package）封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在100个以上。用这种形式封装的芯片必须采用SMD（表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。采用SMD安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点，即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。PFP（Plastic Flat Package）方式封装的芯片与QFP方式基本相同。唯一的区别是QFP一般为正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是长方形。QFP/PFP封装具有以下特点：适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上安装布线。适合高频使用。操作方便，可靠性高。芯片面积与封装面积之间的比值较小。Intel系列CPU中80286、80386和某些486主板采用这种封装形式。三、PGA插针网格阵列封装PGA(Pin Grid Array Package)芯片封装形式在芯片的内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列。根据引脚数目的多少，可以围成2-5圈。安装时，将芯片插入专门的PGA插座。为使CPU能够更方便地安装和拆卸，从486芯片开始，出现一种名为ZIF的CPU插座，专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求。ZIF(Zero Insertion Force Socket)是指零插拔力的插座。把这种插座上的扳手轻轻抬起，CPU就可很容易、轻松地插入插座中。然后将扳手压回原处，利用插座本身的特殊结构生成的挤压力，将CPU的引脚与插座牢牢地接触，绝对不存在接触不良的问题。而拆卸CPU芯片只需将插座的扳手轻轻抬起，则压力解除，CPU芯片即可轻松取出。PGA封装具有以下特点：插拔操作更方便，可靠性高。可适应更高的频率。Intel系列CPU中，80486和Pentium、Pentium Pro均采用这种封装形式。四、BGA球栅阵列封装随着集成电路技术的发展，对集成电路的封装要求更加严格。这是因为封装技术关系到产品的功能性，当IC的频率超过100MHz时，传统封装方式可能会产生所谓的“CrossTalk”现象，而且当IC的管脚数大于208 Pin时，传统的封装方式有其困难度。因此，除使用QFP封装方式外，现今大多数的高脚数芯片（如图形芯片与芯片组等）皆转而使用BGA(Ball Grid Array Package)封装技术。BGA一出现便成为CPU、主板上南/北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。BGA封装技术又可详分为五大类：PBGA（Plasric BGA）基板：一般为2-4层有机材料构成的多层板。Intel系列CPU中，Pentium II、III、IV处理器均采用这种封装形式。CBGA（CeramicBGA）基板：即陶瓷基板，芯片与基板间的电气连接通常采用倒装芯片（FlipChip，简称FC）的安装方式。Intel系列CPU中，Pentium I、II、Pentium Pro处理器均采用过这种封装形式。FCBGA（FilpChipBGA）基板：硬质多层基板。TBGA（TapeBGA）基板：基板为带状软质的1-2层PCB电路板。CDPBGA（Carity Down PBGA）基板：指封装中央有方型低陷的芯片区（又称空腔区）。BGA封装具有以下特点：I/O引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于QFP封装方式，提高了成品率。虽然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善电热性能。信号传输延迟小，适应频率大大提高。组装可用共面焊接，可靠性大大提高。BGA封装方式经过十多年的发展已经进入实用化阶段。1987年，日本西铁城（Citizen）公司开始着手研制塑封球栅面阵列封装的芯片（即BGA）。而后，摩托罗拉、康柏等公司也随即加入到开发BGA的行列。1993年，摩托罗拉率先将BGA应用于移动电话。同年，康柏公司也在工作站、PC电脑上加以应用。直到五六年前，Intel公司在电脑CPU中（即奔腾II、奔腾III、奔腾IV等），以及芯片组（如i850）中开始使用BGA，这对BGA应用领域扩展发挥了推波助澜的作用。目前，BGA已成为极其热门的IC封装技术，其全球市场规模在2000年为12亿块，预计2005年市场需求将比2000年有70%以上幅度的增长。五、CSP芯片尺寸封装随着全球电子产品个性化、轻巧化的需求蔚为风潮，封装技术已进步到CSP(Chip Size Package)。它减小了芯片封装外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封装尺寸就有多大。即封装后的IC尺寸边长不大于芯片的2倍，IC面积只比晶粒（Die）大不超过4倍。CSP封装又可分为四类：Lead Frame Type(传统导线架形式)，代表厂商有富士通、日立、Rohm、高士达（Goldstar）等等。Rigid Interposer Type(硬质内插板型)，代表厂商有摩托罗拉、索尼、东芝、松下等等。Flexible Interposer Type(软质内插板型)，其中最有名的是Tessera公司的microBGA，CTS的sim-BGA也采用相同的原理。其他代表厂商包括通用电气（GE）和NEC。Wafer Level Package(晶圆尺寸封装)：有别于传统的单一芯片封装方式，WLCSP是将整片晶圆切割为一颗颗的单一芯片，它号称是封装技术的未来主流，已投入研发的厂商包括FCT、Aptos、卡西欧、EPIC、富士通、三菱电子等。CSP封装具有以下特点：满足了芯片I/O引脚不断增加的需要。芯片面积与封装面积之间的比值很小。极大地缩短延迟时间。CSP封装适用于脚数少的IC，如内存条和便携电子产品。未来则将大量应用在信息家电（IA）、数字电视（DTV）、电子书（E-Book）、无线网络WLAN／GigabitEthemet、ADSL／手机芯片、蓝芽（Bluetooth）等新兴产品中。六、MCM多芯片模块为解决单一芯片集成度低和功能不够完善的问题，把多个高集成度、高性能、高可靠性的芯片，在高密度多层互联基板上用SMD技术组成多种多样的电子模块系统，从而出现MCM(Multi Chip Model)多芯片模块系统。MCM具有以下特点：封装延迟时间缩小，易于实现模块高速化。缩小整机/模块的封装尺寸和重量。系统可靠性大大提高。芯片封装分类1,按芯片的装载方式;裸芯片在装载时,它的有电极的一面可以朝上也可以朝下,因此,芯片就有正装片和倒装片之分,布线面朝上为正装片,反之为倒装片 另外,裸芯片在装载时,它们的电气连接方式亦有所不同,有的采用有引线键合方式,有的则采用无引线键合方式2,按芯片的基板类型;基板的作用是搭载和固定裸芯片,同时兼有绝缘,导热,隔离及保护作用它是芯片内外电路连接的桥梁从材料上看,基板有有机和无机之分,从结构上看,基板有单层的,双层的,多层的和复合的3,按芯片的封接或封装方式；裸芯片裸芯片及其电极和引线的封装或封接方式可以分为两类,即气密性封装和树脂封装,而气密性封装中,根据封装材料的不同又可分为:金属封装,陶瓷封装和玻璃封装三种类型前三类属一级封装的范畴,涉及裸芯片及其电极和引线的封装或封接,4,按芯片的外型结构;按芯片的外型,结构分大致有DIP,SIP,ZIP,S-DIP,SK-DIP,PGA, 其中前6种属引脚插入型SOP,MSP,QFP,SVP,LCCC,PLCC,SOJ,BGA,CSP, , ,随后的9种为表面贴装型：DIP:双列直插式封装顾名思义,该类型的引脚在芯片两侧排列,是插入式封装中最常见的一种,引脚节距为54 mm,电气性能优良,又有利于散热,可制成大功率器件 SIP:单列直插式封装该类型的引脚在芯片单侧排列,引脚节距等特征与DIP基本相同ZIP:Z型引脚直插式封装该类型的引脚也在芯片单侧排列,只是引脚比SIP粗短些,节距等特征也与DIP基本相同 S-DIP:收缩双列直插式封装该类型的引脚在芯片两侧排列,引脚节距为778 mm,芯片集成度高于DIP SK-DIP:窄型双列直插式封装除了芯片的宽度是DIP的1/2以外,其它特征与DIP相同PGA:针栅阵列插入式封装封装底面垂直阵列布置引脚插脚,如同针栅插脚节距为54 mm或27mm,插脚数可多达数百脚用于高速的且大规模和超大规模集成电路 SOP:小外型封装表面贴装型封装的一种,引脚端子从封装的两个侧面引出,字母L状引脚节距为 MSP:微方型封装表面贴装型封装的一种,又叫QFI等,引脚端子从封装的四个侧面引出,呈I字形向下方延伸,没有向外突出的部分,实装占用面积小,引脚节距为 QFP:四方扁平封装表面贴装型封装的一种,引脚端子从封装的两个侧面引出,呈L字形,引脚节距为0mm,8mm,65mm,5mm,4mm,3mm,引脚可达300脚以上 SVP:表面安装型垂直封装表面贴装型封装的一种,引脚端子从封装的一个侧面引出,引脚在中间部位弯成直角,弯曲引脚的端部与PCB键合,为垂直安装的封装实装占有面积很小引脚节距为65mm,5mm LCCC:无引线陶瓷封装载体在陶瓷基板的四个侧面都设有电极焊盘而无引脚的表面贴装型封装用于高速,高频集成电路封装 PLCC:无引线塑料封装载体一种塑料封装的LCC也用于高速,高频集成电路封装 SOJ:小外形J引脚封装表面贴装型封装的一种,引脚端子从封装的两个侧面引出,呈J字形,引脚节距为 BGA:球栅阵列封装表面贴装型封装的一种,在PCB的背面布置二维阵列的球形端子,而不采用针脚引脚焊球的节距通常为5mm,0mm,8mm,与PGA相比,不会出现针脚变形问题 CSP:芯片级封装一种超小型表面贴装型封装,其引脚也是球形端子,节距为8mm,65mm,5mm等 TCP等，最后一种是TAB型TCP:带载封装在形成布线的绝缘带上搭载裸芯片,并与布线相连接的封装与其他表面贴装型封装相比,芯片更薄,引脚节距更小,达25mm,而引脚数可达500针以上5,按芯片的封装材料按芯片的封装材料分有金属封装,陶瓷封装,金属-陶瓷封装,塑料封装 金属封装:金属材料可以冲,压,因此有封装精度高,尺寸严格,便于大量生产,价格低廉等优点 陶瓷封装:陶瓷材料的电气性能优良,适用于高密度封装 金属-陶瓷封装:兼有金属封装和陶瓷封装的优点 塑料封装:塑料的可塑性强,成本低廉,工艺简单,适合大批量生产后二类属二级封装的范畴,对PCB设计大有用处,

集成电路芯片封装技术浅谈 自从美国Intel公司1971年设计制造出4位微处a理器芯片以来，在20多年时间内，CPU从Intel4004、80286、80386、80486发展到Pentium和PentiumⅡ，数位从4位、8位、16位、32位发展到64位;主频从几兆到今天的400MHz以上，接近GHz;CPU芯片里集成的晶体管数由2000个跃升到500万个以上;半导体制造技术的规模由SSI、MSI、LSI、VLSI达到 ULSI。封装的输入/输出（I/O）引脚从几十根，逐渐增加到几百根，下世纪初可能达2千根。这一切真是一个翻天覆地的变化。 对于CPU，读者已经很熟悉了，286、386、486、Pentium、Pentium Ⅱ、Celeron、K6、K6-2 ……相信您可以如数家珍似地列出一长串。但谈到CPU和其他大规模集成电路的封装，知道的人未必很多。所谓封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁--芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装对CPU和其他LSI集成电路都起着重要的作用。新一代CPU的出现常常伴随着新的封装形式的使用。 芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，从DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于1，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便等等。 下面将对具体的封装形式作详细说明。 一、DIP封装 　70年代流行的是双列直插封装，简称DIP(Dual In-line Package)。DIP封装结构具有以下特点: 适合PCB的穿孔安装; 比TO型封装(图1)易于对PCB布线; 操作方便。 　DIP封装结构形式有:多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP(含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装式)，如图2所示。 　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。以采用40根I/O引脚塑料包封双列直插式封装(PDIP)的CPU为例，其芯片面积/封装面积=3×3/24×50=1：86,离1相差很远。不难看出，这种封装尺寸远比芯片大，说明封装效率很低，占去了很多有效安装面积。 　Intel公司这期间的CPU如8086、80286都采用PDIP封装。 二、芯片载体封装 　80年代出现了芯片载体封装，其中有陶瓷无引线芯片载体LCCC(Leadless Ceramic Chip Carrier)、塑料有引线芯片载体PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)、小尺寸封装SOP(Small Outline Package)、塑料四边引出扁平封装PQFP(Plastic Quad Flat Package)，封装结构形式如图3、图4和图5所示。 　以5mm焊区中心距，208根I/O引脚的QFP封装的CPU为例，外形尺寸28×28mm，芯片尺寸10×10mm，则芯片面积/封装面积=10×10/28×28=1：8，由此可见QFP比DIP的封装尺寸大大减小。QFP的特点是: 适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线; 封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应用; 操作方便; 可靠性高。 　在这期间，Intel公司的CPU，如Intel 80386就采用塑料四边引出扁平封装PQFP。 三、BGA封装 　90年代随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用，LSI、VLSI、ULSI相继出现，硅单芯片集成度不断提高，对集成电路封装要求更加严格，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大。为满足发展的需要，在原有封装品种基础上，又增添了新的品种--球栅阵列封装，简称BGA(Ball Grid Array Package)。如图6所示。 　BGA一出现便成为CPU、南北桥等VLSI芯片的高密度、高性能、多功能及高I/O引脚封装的最佳选择。其特点有: I/O引脚数虽然增多，但引脚间距远大于QFP，从而提高了组装成品率; 虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，简称C4焊接，从而可以改善它的电热性能: 厚度比QFP减少1/2以上，重量减轻3/4以上; 寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高; 组装可用共面焊接，可靠性高; BGA封装仍与QFP、PGA一样，占用基板面积过大; 　Intel公司对这种集成度很高(单芯片里达300万只以上晶体管)，功耗很大的CPU芯片，如Pentium、Pentium Pro、Pentium Ⅱ采用陶瓷针栅阵列封装CPGA和陶瓷球栅阵列封装CBGA，并在外壳上安装微型排风扇散热，从而达到电路的稳定可靠工作。 四、面向未来的新的封装技术 　BGA封装比QFP先进，更比PGA好，但它的芯片面积/封装面积的比值仍很低。 Tessera公司在BGA基础上做了改进，研制出另一种称为μBGA的封装技术，按5mm焊区中心距，芯片面积/封装面积的比为1:4，比BGA前进了一大步。 　1994年9月日本三菱电气研究出一种芯片面积/封装面积=1:1的封装结构，其封装外形尺寸只比裸芯片大一点点。也就是说，单个IC芯片有多大，封装尺寸就有多大，从而诞生了一种新的封装形式，命名为芯片尺寸封装，简称CSP(Chip Size Package或Chip Scale Package)。CSP封装具有以下特点: 满足了LSI芯片引出脚不断增加的需要; 解决了IC裸芯片不能进行交流参数测试和老化筛选的问题; 封装面积缩小到BGA的1/4至1/10，延迟时间缩小到极短。 　曾有人想，当单芯片一时还达不到多种芯片的集成度时，能否将高集成度、高性能、高可靠的CSP芯片(用LSI或IC)和专用集成电路芯片(ASIC)在高密度多层互联基板上用表面安装技术(SMT)组装成为多种多样电子组件、子系统或系统。由这种想法产生出多芯片组件MCM(Multi Chip Model)。它将对现代化的计算机、自动化、通讯业等领域产生重大影响。MCM的特点有: 封装延迟时间缩小，易于实现组件高速化; 缩小整机/组件封装尺寸和重量，一般体积减小1/4，重量减轻1/3; 可靠性大大提高。 　随着LSI设计技术和工艺的进步及深亚微米技术和微细化缩小芯片尺寸等技术的使用，人们产生了将多个LSI芯片组装在一个精密多层布线的外壳内形成MCM产品的想法。进一步又产生另一种想法:把多种芯片的电路集成在一个大圆片上，从而又导致了封装由单个小芯片级转向硅圆片级(wafer level)封装的变革，由此引出系统级芯片SOC(System On Chip)和电脑级芯片PCOC(PC On Chip)。 随着CPU和其他ULSI电路的进步，集成电路的封装形式也将有相应的发展，而封装形式的进步又将反过来促成芯片技术向前发展。