芯片封裝技術分析論文

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[摘要]封裝技術就是將內存芯片包裹起來，以避免芯片與外界接觸，防止外界對芯片的損害的一種工藝技術。空氣中的雜質和不良氣體，乃至水蒸氣都會腐蝕芯片上的精密電路，進而造成電學性能下降。不同的封裝技術在制造工序和工藝方面差異很大，封裝后對內存芯片自身性能的發揮也起到至關重要的作用。

[關鍵詞]芯片封裝技術技術特點

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?在本文中，作者將為你介紹幾個芯片封裝形式的特點和優點。

一、DIP雙列直插式封裝

DIP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、PentiumPro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208Pin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基板：一般為2~4層有機材料構成的多層板。Intel系列CPU中，PentiumII、III、IV處理器均采用這種封裝形式。(2)CBGA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的安裝方式。Intel系列CPU中，PentiumI、II、PentiumPro處理器均采用過這種封裝形式。(3)FCBGA基板：硬質多層基板。(4)TBGA基板：基板為帶狀軟質的1~2層PCB電路板。(5)CDPBGA基板：指封裝中央有方型低陷的芯片區。

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，日本西鐵城公司開始著手研制塑封球柵面陣列封裝的芯片。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。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面積只比晶粒大不超過1.4倍。

CSP封裝又可分為四類：(1)傳統導線架形式，代表廠商有富士通、日立、Rohm、高士達等等。(2)硬質內插板型，代表廠商有摩托羅拉、索尼、東芝、松下等等。(3)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)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、數字電視、電子書、無線網絡WLAN/GigabitEthemet、ADSL/手機芯片、藍芽等新興產品中。

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做出相應的調整變化，而封裝形式的進步又將反過來促進芯片技術向前發展。