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芯片封裝技術及特點

[日期:2017-07-17] 來源:  作者: [字體: ]

 

   我們經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特點以及優越性呢?那么就請看看下面的這篇文章,將為你介紹個中芯片封裝形式的特點和優點。
  
  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,絕大多數中小規模集成電路(IC)均采用這種封裝形式,其引腳數一般不超過100個。采用DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳,需要插入到具有DIP結構的芯片插座上。當然,也可以直接插在有相同焊孔數和幾何排列的電路板上進行焊接。DIP封裝的芯片在從芯片插座上插拔時應特別小心,以免損壞引腳。
  
  DIP封裝具有以下特點:
  
  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,一般大規模或超大型集成電路都采用這種封裝形式,其引腳數一般在100個以上。用這種形式封裝的芯片必須采用SMD(表面安裝設備技術)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計好的相應管腳的焊點。將芯片各腳對準相應的焊點,即可實現與主板的焊接。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:
  
  1.適用于SMD表面安裝技術在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插針網格陣列封裝
  
  
  
    PGA(PIN Grid Array Package)芯片封裝形式在芯片的內外有多個方陣形的插針,每個方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列。根據引腳數目的多少,可以圍成2-5圈。安裝時,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構生成的擠壓力,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:
  
  1.插拔操作更方便,可靠性高。
  2.可適應更高的頻率
  
    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
  
    隨著集成電路技術的發展,對集成電路的封裝要求更加嚴格。這是因為封裝技術關系到產品的功能性,當IC的頻率超過100MHz時,傳統封裝方式可能會產生所謂的“CrossTalk”現象,而且當IC的管腳數大于208 Pin時,傳統的封裝方式有其困難度。因此,除使用QFP封裝方式外,現今大多數的高腳數芯片(如圖形芯片與芯片組等)皆轉而使用BGA(Ball Grid Array Package)封裝技術。BGA一出現便成為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封裝技術又可詳分為五大類:
  
  1.PBGA(Plasric BGA)基板:一般為2-4層有機材料構成的多層板。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:硬質多層基板。
  
  4.TBGA(TapeBGA)基板:基板為帶狀軟質的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(又稱空腔區)。
  
  BGA封裝具有以下特點:
  
  1.I/O引腳數雖然增多,但引腳之間的距離遠大于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封裝方式經過十多年的發展已經進入實用化階段。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BGA的行列。1993年,摩托羅拉率先將BGA應用于移動電話。同年,康柏公司也在工作站、PC電腦上加以應用。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應用領域擴展發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,其全球市場規模在2000年為12億塊,預計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
  
    隨著全球電子產品個性化、輕巧化的需求蔚為風潮,封裝技術已進步到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(傳統導線架形式),代表廠商有富士通、日立、Rohm、高士達(Goldstar)等等。
  2.Rigid Interposer Type(硬質內插板型),代表廠商有摩托羅拉、索尼、東芝、松下等等。
  3.Flexible Interposer Type(軟質內插板型),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,它號稱是封裝技術的未來主流,已投入研發的廠商包括FCT、Aptos、卡西歐、EPIC、富士通、三菱電子等。
  
  CSP封裝具有以下特點:
  
  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.極大地縮短延遲時間。
  
    CSP封裝適用于腳數少的IC,如內存條和便攜電子產品。未來則將大量應用在信息家電(IA)、數字電視(DTV)、電子書(E-Book)、無線網絡WLAN/GigabitEthemet、ADSL/手機芯片、藍芽(Bluetooth)等新興產品中。
  
  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,把多個高集成度、高性能、高可靠性的芯片,在高密度多層互聯基板上用SMD技術組成多種多樣的電子模塊系統,從而出現MCM(Multi Chip Model)多芯片模塊系統。
  MCM具有以下特點:
  
  1.封裝延遲時間縮小,易于實現模塊高速化。
  2.縮小整機/模塊的封裝尺寸和重量。
  3.系統可靠性大大提高。
  
    總之,由于CPU和其他超大型集成電路在不斷發展,集成電路的封裝形式也不斷作出相應的調整變化,而封裝形式的進步又將反過來促進芯片技術向前發展。

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