集成電路封裝在電子學(xué)金字塔中的位置既是金字塔的尖頂又是金字塔的基座。說(shuō)它同時(shí)處在這兩種位置都有很充分的根據(jù)。從電子元器件(如晶體管)的密度這個(gè)角度上來(lái)說(shuō),IC代表了電子學(xué)的尖端。但是IC又是一個(gè)起始點(diǎn),是一種基本結(jié)構(gòu)單元,是組成我們生活中大多數(shù)電子系統(tǒng)的基礎(chǔ)。同樣,IC不僅僅是單塊芯片或者基本電子結(jié)構(gòu),IC的種類(lèi)千差萬(wàn)別(模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路、傳感器等),因而對(duì)于封裝的需求和要求也各不相同。本文對(duì)IC封裝技術(shù)做了全面的回顧,以粗線條的方式介紹了制造這些不可缺少的封裝結(jié)構(gòu)時(shí)用到的各種材料和工藝。
在集成電路設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中,封裝是不可或缺的重要一環(huán),也是半導(dǎo)體集成電路的最后階段。通過(guò)把器件的核心晶粒封裝在一個(gè)支撐物之內(nèi),不僅可以有效防止物理?yè)p壞及化學(xué)腐蝕,而且還提供對(duì)外連接的引腳,使芯片能更加方便的安裝在電路板上。究竟集成電路封裝形式有哪幾種?
集成電路封裝類(lèi)型
集成電路封裝類(lèi)型,封裝就是指把硅片上的電路引腳用導(dǎo)線引到外部引腳處,以便與其他元器件連接。封裝形式是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼形式。集成電路常見(jiàn)的封裝形式請(qǐng)見(jiàn)下文:
1、BGA 封裝 (ball grid array)
球形觸點(diǎn)陳列,表面貼裝型封裝之一。在印刷基板的背面按陳列方式制作出球形凸點(diǎn)用 以代替引腳,在印刷基板的正面裝配LSI 芯片,然后用模壓樹(shù)脂或灌封方法進(jìn)行密封。也 稱(chēng)為凸點(diǎn)陳列載體(PAC)。引腳可超過(guò)200,是多引腳LSI 用的一種封裝。封裝本體也可做得比QFP(四側(cè)引腳扁平封裝)小。例如,引腳中心距為1.5mm 的360 引腳 BGA 僅為31mm 見(jiàn)方;而引腳中心距為0.5mm 的304 引腳QFP 為40mm 見(jiàn)方。而且BGA 不 用擔(dān)心QFP 那樣的引腳變形問(wèn)題。 該封裝是美國(guó)Motorola 公司開(kāi)發(fā)的,首先在便攜式電話等設(shè)備中被采用,今后在美國(guó)有 可能在個(gè)人計(jì)算機(jī)中普及。最初,BGA 的引腳(凸點(diǎn))中心距為1.5mm,引腳數(shù)為225?,F(xiàn)在 也有一些LSI 廠家正在開(kāi)發(fā)500 引腳的BGA。 BGA 的問(wèn)題是回流焊后的外觀檢查。現(xiàn)在尚不清楚是否有效的外觀檢查方法。有的認(rèn)為 ,由于焊接的中心距較大,連接可以看作是穩(wěn)定的,只能通過(guò)功能檢查來(lái)處理。 用模壓樹(shù)脂密封的封裝稱(chēng)為OMPAC,而把灌封方法密封的封裝稱(chēng)為 GPAC(見(jiàn)OMPAC 和GPAC)。
2、BQFP 封裝 (quad flat package with bumper)
帶緩沖墊的四側(cè)引腳扁平封裝。QFP 封裝之一,在封裝本體的四個(gè)角設(shè)置突起(緩沖墊) 以 防止在運(yùn)送過(guò)程中引腳發(fā)生彎曲變形。美國(guó)半導(dǎo)體廠家主要在微處理器和ASIC 等電路中采用 此封裝。引腳中心距0.635mm,引腳數(shù)從84 到196 左右(見(jiàn)QFP)。
3、碰焊PGA 封裝 (butt joint pin grid array)
表面貼裝型PGA 的別稱(chēng)(見(jiàn)表面貼裝型PGA)。
4、C-(ceramic) 封裝
表示陶瓷封裝的記號(hào)。例如,CDIP 表示的是陶瓷DIP。是在實(shí)際中經(jīng)常使用的記號(hào)。
5、Cerdip 封裝
用玻璃密封的陶瓷雙列直插式封裝,用于ECL RAM,DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)等電路。帶有玻璃窗口的Cerdip 用于紫外線擦除型EPROM 以及內(nèi)部帶有EPROM 的微機(jī)電路等。引腳中 心距2.54mm,引腳數(shù)從8 到42。在日本,此封裝表示為DIP-G(G 即玻璃密封的意思)。
6、Cerquad 封裝
表面貼裝型封裝之一,即用下密封的陶瓷QFP,用于封裝DSP 等的邏輯LSI 電路。帶有窗口的Cerquad 用于封裝EPROM 電路。散熱性比塑料QFP 好,在自然空冷條件下可容許1. 5~ 2W 的功率。但封裝成本比塑料QFP 高3~5 倍。引腳中心距有1.27mm、0.8mm、0.65mm、 0.5mm、 0.4mm 等多種規(guī)格。引腳數(shù)從32 到368。
帶引腳的陶瓷芯片載體,表面貼裝型封裝之一,引腳從封裝的四個(gè)側(cè)面引出,呈丁字形 。帶有窗口的用于封裝紫外線擦除型EPROM 以及帶有EPROM 的微機(jī)電路等。此封裝也稱(chēng)為 QFJ、QFJ-G(見(jiàn)QFJ)。
7、CLCC 封裝 (ceramic leaded chip carrier)
帶引腳的陶瓷芯片載體,表面貼裝型封裝之一,引腳從封裝的四個(gè)側(cè)面引出,呈丁字形。帶有窗口的用于封裝紫外線擦除型EPROM 以及帶有EPROM 的微機(jī)電路等。此封裝也稱(chēng)為QFJ、QFJ-G(見(jiàn)QFJ)。
8、COB 封裝 (chip on board)
板上芯片封裝,是裸芯片貼裝技術(shù)之一,半導(dǎo)體芯片交接貼裝在印刷線路板上,芯片與基板的電氣連接用引線縫合方法實(shí)現(xiàn),芯片與基板的電氣連接用引線縫合方法實(shí)現(xiàn),并用樹(shù)脂覆蓋以確???性。雖然COB 是最簡(jiǎn)單的裸芯片貼裝技術(shù),但它的封裝密度遠(yuǎn)不如TAB 和倒片焊技術(shù)。
9、DFP(dual flat package)
雙側(cè)引腳扁平封裝。是SOP 的別稱(chēng)(見(jiàn)SOP)。以前曾有此稱(chēng)法,現(xiàn)在已基本上不用。
10、DIC(dual in-line ceramic package)
陶瓷DIP(含玻璃密封)的別稱(chēng)(見(jiàn)DIP).
11、DIL(dual in-line)
DIP 的別稱(chēng)(見(jiàn)DIP)。歐洲半導(dǎo)體廠家多用此名稱(chēng)。
12、DIP雙列直插式封裝
所謂DIP雙列直插式封裝,是指采用雙列直插形式封裝的集成電路芯片,絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路IC均采用這種封裝形式,其引腳數(shù)一般不超過(guò)100個(gè)。采用DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳,需要插入到具有DIP結(jié)構(gòu)的芯片插座上。DIP封裝的芯片在從芯片插座上插拔時(shí)應(yīng)特別小心,以免損壞引腳。
13、DSO(dual small out-lint)
雙側(cè)引腳小外形封裝。SOP 的別稱(chēng)(見(jiàn)SOP)。部分半導(dǎo)體廠家采用此名稱(chēng)。
14、DICP(dual tape carrier package)
雙側(cè)引腳帶載封裝。TCP(帶載封裝)之一。引腳制作在絕緣帶上并從封裝兩側(cè)引出。由于利用的是TAB(自動(dòng)帶載焊接)技術(shù),封裝外形非常薄。常用于液晶顯示驅(qū)動(dòng)LSI,但多數(shù)為定制品。另外,0.5mm 厚的存儲(chǔ)器LSI 簿形封裝正處于開(kāi)發(fā)階段。在日本,按照EIAJ(日本電子機(jī)械工業(yè))會(huì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,將DICP 命名為DTP。
15、DIP(dual tape carrier package)
同上。日本電子機(jī)械工業(yè)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)DTCP 的命名(見(jiàn)DTCP)。
16、FP(flat package)
扁平封裝。表面貼裝型封裝之一。QFP 或SOP(見(jiàn)QFP 和SOP)的別稱(chēng)。部分半導(dǎo)體廠家采用此名稱(chēng)。
17、Flip-chip
倒焊芯片。裸芯片封裝技術(shù)之一,在LSI 芯片的電極區(qū)制作好金屬凸點(diǎn),然后把金屬凸點(diǎn)與印刷基板上的電極區(qū)進(jìn)行壓焊連接。封裝的占有面積基本上與芯片尺寸相同。是所有封裝技術(shù)中體積最小、最薄的一種。但如果基板的熱膨脹系數(shù)與LSI 芯片不同,就會(huì)在接合處產(chǎn)生反應(yīng),從而影響連接的可靠性。因此必須用樹(shù)脂來(lái)加固LSI 芯片,并使用熱膨脹系數(shù)基本相同的基板材料。
其中SiS 756北橋芯片采用最新的Flip-chip封裝,全面支持AMD Athlon 64/FX中央處理器。支持PCI Express X16接口,提供顯卡最高8GB/s雙向傳輸帶寬。支持最高HyperTransport Technology,最高2000MT/s MHz的傳輸帶寬。內(nèi)建矽統(tǒng)科技獨(dú)家Advanced HyperStreaming TechnologyMuTIOL1GTechnology。
18、FQFP(fine pitch quad flat package)
小引腳中心距QFP。通常指引腳中心距小于0.65mm 的QFP(見(jiàn)QFP)。部分導(dǎo)導(dǎo)體廠家采用此名稱(chēng)。塑料四邊引出扁平封裝PQFP(Plastic Quad Flat Package)
PQFP的封裝形式最為普遍。其芯片引腳之間距離很小,引腳很細(xì),很多大規(guī)?;虺蠹呻娐范疾捎眠@種封裝形式,引腳數(shù)量一般都在100個(gè)以上。Intel系列CPU中80286、80386和某些486主板芯片采用這種封裝形式。此種封裝形式的芯片必須采用SMT技術(shù)(表面安裝設(shè)備)將芯片與電路板焊接起來(lái)。采用SMT技術(shù)安裝的芯片不必在電路板上打孔,一般在電路板表面上有設(shè)計(jì)好的相應(yīng)引腳的焊點(diǎn)。將芯片各腳對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的焊點(diǎn),即可實(shí)現(xiàn)與主板的焊接。用這種方法焊上去的芯片,如果不用專(zhuān)用工具是很難拆卸下來(lái)的。SMT技術(shù)也被廣泛的使用在芯片焊接領(lǐng)域,此后很多高級(jí)的封裝技術(shù)都需要使用SMT焊接。
以下是一顆AMD的QFP封裝的286處理器芯片。0.5mm焊區(qū)中心距,208根I/O引腳,外形尺寸28×28mm,芯片尺寸10×10mm,則芯片面積/封裝面積=10×10/28×28=1:7.8,由此可見(jiàn)QFP比DIP的封裝尺寸大大減小了。
19、H-(with heat sink)
表示帶散熱器的標(biāo)記。例如,HSOP 表示帶散熱器的SOP。
20、Pin Grid Array(Surface Mount Type)
表面貼裝型PGA。通常PGA 為插裝型封裝,引腳長(zhǎng)約3.4mm。表面貼裝型PGA 在封裝的底面有陳列狀的引腳,其長(zhǎng)度從1.5mm 到2.0mm。貼裝采用與印刷基板碰焊的方法,因而也稱(chēng)為碰焊PGA。因?yàn)橐_中心距只有1.27mm,比插裝型PGA 小一半,所以封裝本體可制作得不怎么大,而引腳數(shù)比插裝型多(250~528),是大規(guī)模邏輯LSI 用的封裝。封裝的基材有多層陶瓷基板和玻璃環(huán)氧樹(shù)脂印刷基數(shù)。以多層陶瓷基材制作封裝已經(jīng)實(shí)用化。
21、MFP 封裝( mini flat package)
小形扁平封裝。塑料SOP或SSOP的別稱(chēng)(見(jiàn)SOP和SSOP)。部分半導(dǎo)體廠家采用的名稱(chēng)。
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