芯片封裝技術的形式、特點以及優越性

文章出處：http://hz-huyue.com 作者：   人氣： 發表時間：2011年09月17日

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?；虺笮图呻娐范疾捎眠@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。  

　　結束語  
　　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。