[摘要]封装技术就是将内存芯片包裹起来,以避免芯片与外界接触,防止外界对芯片的损害的一种工艺技术。空气中的杂质和不良气体,乃至水蒸气都会腐蚀芯片上的精密电路,进而造成电学性能下降。不同的封装技术在制造工序和工艺方面差异很大,封装后对内存芯片自身性能的发挥也起到至关重要的作用。
[关键词]芯片封装技术技术特点
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?在本文中,作者将为你介绍几个芯片封装形式的特点和优点。
一、dip双列直插式封装
dip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:(1)适合在pcb(印刷电路板)上穿孔焊接,操作方便。(2)芯片面积与封装面积之间的比值较大,故体积也较大。WWW.133229.CoMintel系列cpu中8088就采用这种封装形式,缓存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:(1)适用于smd表面安装技术在pcb电路板上安装布线。(2)适合高频使用。(3)操作方便,可靠性高。(4)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:(1)插拔操作更方便,可靠性高。(2)可适应更高的频率。intel系列cpu中,80486和pentium、pentiumpro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208pin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:(1)pbga基板:一般为2~4层有机材料构成的多层板。intel系列cpu中,pentiumii、iii、iv处理器均采用这种封装形式。(2)cbga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的安装方式。intel系列cpu中,pentiumi、ii、pentiumpro处理器均采用过这种封装形式。(3)fcbga基板:硬质多层基板。(4)tbga基板:基板为带状软质的1~2层pcb电路板。(5)cdpbga基板:指封装中央有方型低陷的芯片区。
bga封装具有以下特点:(1)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。(2)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。(3)信号传输延迟小,适应频率大大提高。(4)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,日本西铁城公司开始着手研制塑封球栅面阵列封装的芯片。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。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1.2倍,ic面积只比晶粒大不超过1.4倍。
csp封装又可分为四类:(1)传统导线架形式,代表厂商有富士通、日立、rohm、高士达等等。(2)硬质内插板型,代表厂商有摩托罗拉、索尼、东芝、松下等等。(3)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。(4)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:(1)满足了芯片i/o引脚不断增加的需要。(2)芯片面积与封装面积之间的比值很小。(3)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、数字电视、电子书、无线 网络 wlan/gigabitethemet、adsl/手机芯片、蓝芽等新兴产品中。
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多芯片模块系统。mcm具有以下特点:(1)封装延迟时间缩小,易于实现模块高速化。(2)缩小整机/模块的封装尺寸和重量。(3)系统可靠性大大提高。
总之,由于cpu和其他超大型集成电路在不断发展,集成电路的封装形式也不断做出相应的调整变化,而封装形式的进步又将反过来促进芯片技术向前发展。