封裝技術(shù)助力集成電路產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展

封裝技術(shù)現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)外集成電路(IC)市場的需求不斷上升，產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展迅速，IC產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵。旺盛的封測市場需求給國內(nèi)的封測企業(yè)帶來了良好的發(fā)展機遇，中國封裝測試產(chǎn)業(yè)目前正在逐步走向良性循環(huán)。但是，國內(nèi)封測企業(yè)尤其是本土企業(yè)在技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模上與國際一流企業(yè)相比仍有很大差距，多數(shù)項目屬于勞動密集?型的中等適用封裝技術(shù)，還處于以市場換技術(shù)的“初級階段”。面對強勁的市場和IC封裝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進封裝技術(shù)，形成具有自主創(chuàng)新能力和核心競爭力的產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)本土企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，已成為中國IC封裝業(yè)亟待解決的一項具有全局性和戰(zhàn)略性意義的問題。國家重點扶持的高密度集成電路封裝技術(shù)國家工程實驗室正是順應(yīng)了這一需求。

封裝技術(shù)主要應(yīng)用

封裝對于芯片來說是必須的，也是至關(guān)重要的。因為芯片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運輸。由于封裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB(印制電路板)的設(shè)計和制造，因此它是至關(guān)重要的。封裝也可以說是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護芯片和增強導(dǎo)熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁——芯片上的接點用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接。因此，對于很多集成電路產(chǎn)品而言，封裝技術(shù)都是非常關(guān)鍵的一環(huán)。

目前采用的CPU封裝多是用絕緣的塑料或陶瓷材料包裝起來，能起著密封和提高芯片電熱性能的作用。由于現(xiàn)在處理器芯片的內(nèi)頻越來越高，功能越來越強，引腳數(shù)越來越多，封裝的外形也不斷在改變。

CPU封裝技術(shù)

所謂“封裝技術(shù)”是一種將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包的技術(shù)。以CPU為例，我們實際看到的體積和外觀并不是真正的CPU內(nèi)核的大小和面貌，而是CPU內(nèi)核等元件經(jīng)過封裝后的產(chǎn)品。

DIP封裝

DIP封裝(DualIn-linePackage)，也叫雙列直插式封裝技術(shù)，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)模集成電路均采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般不超過100。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。當然，也可以直接插在有相同焊孔數(shù)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(yīng)特別小心，以免損壞管腳。DIP封裝結(jié)構(gòu)形式有：多層陶瓷雙列直插式DIP，單層陶瓷雙列直插式DIP，引線框架式DIP(含玻璃陶瓷封接式，塑料包封結(jié)構(gòu)式，陶瓷低熔玻璃封裝式)等。

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。

最早的4004、8008、8086、8088等CPU都采用了DIP封裝，通過其上的兩排引腳可插到主板上的插槽或焊接在主板上。

QFP封裝

這種技術(shù)的中文含義叫方型扁平式封裝技術(shù)(PlasticQuadFlatPockage)，該技術(shù)實現(xiàn)的CPU芯片引腳之間距離很小，管腳很細，一般大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般都在100以上。

該技術(shù)封裝CPU時操作方便，可靠性高;而且其封裝外形尺寸較小，寄生參數(shù)減小，適合高頻應(yīng)用;該技術(shù)主要適合用SMT表面安裝技術(shù)在PCB上安裝布線。

QFP封裝

這種技術(shù)的中文含義叫方型扁平式封裝技術(shù)(PlasticQuadFlatPockage)，該技術(shù)實現(xiàn)的CPU芯片引腳之間距離很小，管腳很細，一般大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般都在100以上。該技術(shù)封裝CPU時操作方便，可靠性高;而且其封裝外形尺寸較小，寄生參數(shù)減小，適合高頻應(yīng)用;該技術(shù)主要適合用SMT表面安裝技術(shù)在PCB上安裝布線。

PFP封裝

該技術(shù)的英文全稱為PlasticFlatPackage，中文含義為塑料扁平組件式封裝。用這種技術(shù)封裝的芯片同樣也必須采用SMD技術(shù)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(shè)計好的相應(yīng)管腳的焊盤。將芯片各腳對準相應(yīng)的焊盤，即可實現(xiàn)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。該技術(shù)與上面的QFP技術(shù)基本相似，只是外觀的封裝形狀不同而已。

PGA封裝

該技術(shù)也叫插針網(wǎng)格陣列封裝技術(shù)(CeramicPinGridArrauPackage)，由這種技術(shù)封裝的芯片內(nèi)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(jù)管腳數(shù)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。為了使得CPU能夠更方便的安裝和拆卸，從486芯片開始，出現(xiàn)了一種ZIFCPU插座，專門用來滿足PGA封裝的CPU在安裝和拆卸上的要求。該技術(shù)一般用于插拔操作比較頻繁的場合之下。

BGA封裝

BGA技術(shù)(BallGridArrayPackage)即球柵陣列封裝技術(shù)。該技術(shù)的出現(xiàn)便成為CPU、主板南、北橋芯片等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。但BGA封裝占用基板的面積比較大。雖然該技術(shù)的I/O引腳數(shù)增多，但引腳之間的距離遠大于QFP，從而提高了組裝成品率。而且該技術(shù)采用了可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善它的電熱性能。另外該技術(shù)的組裝可用共面焊接，從而能大大提高封裝的可靠性;并且由該技術(shù)實現(xiàn)的封裝CPU信號傳輸延遲小，適應(yīng)頻率可以提高很大。

BGA封裝具有以下特點：

1.I/O引腳數(shù)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(yīng)頻率大大提高

4.組裝可用共面焊接，可靠性大大提高

目前較為常見的封裝形式：

OPGA封裝

OPGA(OrganicpingridArray，有機管腳陣列)。[!--empirenews.page--]

這種封裝的基底使用的是玻璃纖維，類似印刷電路板上的材料。此種封裝方式可以降低阻抗和封裝成本。OPGA封裝拉近了外部電容和處理器內(nèi)核的距離，可以更好地改善內(nèi)核供電和過濾電流雜波。AMD公司的AthlonXP系列CPU大多使用此類封裝。

mPGA封裝

mPGA，微型PGA封裝，目前只有AMD公司的Athlon64和英特爾公司的Xeon(至強)系列CPU等少數(shù)產(chǎn)品所采用，而且多是些高端產(chǎn)品，是種先進的封裝形式。

CPGA封裝

CPGA也就是常說的陶瓷封裝，全稱為CeramicPGA。主要在Thunderbird(雷鳥)核心和“Palomino”核心的Athlon處理器上采用。

FC-PGA封裝

FC-PGA封裝是反轉(zhuǎn)芯片針腳柵格陣列的縮寫，這種封裝中有針腳插入插座。這些芯片被反轉(zhuǎn)，以至片?；驑?gòu)成計算機芯片的處理器部分被暴露在處理器的上部。通過將片模暴露出來，使熱量解決方案可直接用到片模上，這樣就能實現(xiàn)更有效的芯片冷卻。為了通過隔絕電源信號和接地信號來提高封裝的性能，F(xiàn)C-PGA處理器在處理器的底部的電容放置區(qū)域(處理器中心)安有離散電容和電阻。芯片底部的針腳是鋸齒形排列的。此外，針腳的安排方式使得處理器只能以一種方式插入插座。FC-PGA封裝用于奔騰III和英特爾賽揚處理器，它們都使用370針。

FC-PGA2封裝

FC-PGA2封裝與FC-PGA封裝類型很相似，除了這些處理器還具有集成式散熱器(IHS)。集成式散熱器是在生產(chǎn)時直接安裝到處理器片上的。由于IHS與片模有很好的熱接觸并且提供了更大的表面積以更好地發(fā)散熱量，所以它顯著地增加了熱傳導(dǎo)。FC-PGA2封裝用于奔騰III和英特爾賽揚處理器(370針)和奔騰4處理器(478針)。

OOI封裝

OOI是OLGA的簡寫。OLGA代表了基板柵格陣列。OLGA芯片也使用反轉(zhuǎn)芯片設(shè)計，其中處理器朝下附在基體上，實現(xiàn)更好的信號完整性、更有效的散熱和更低的自感應(yīng)。OOI有一個集成式導(dǎo)熱器(IHS)，能幫助散熱器將熱量傳給正確安裝的風扇散熱器。OOI用于奔騰4處理器，這些處理器有423針。

PPGA封裝

“PPGA”的英文全稱為“PlasticPinGridArray”，是塑針柵格陣列的縮寫，這些處理器具有插入插座的針腳。為了提高熱傳導(dǎo)性，PPGA在處理器的頂部使用了鍍鎳銅質(zhì)散熱器。芯片底部的針腳是鋸齒形排列的。此外，針腳的安排方式使得處理器只能以一種方式插入插座。

S.E.C.C.封裝

“S.E.C.C.”是“SingleEdgeContactCartridge”縮寫，是單邊接觸卡盒的縮寫。為了與主板連接，處理器被插入一個插槽。它不使用針腳，而是使用“金手指”觸點，處理器使用這些觸點來傳遞信號。S.E.C.C.被一個金屬殼覆蓋，這個殼覆蓋了整個卡盒組件的頂端。

卡盒的背面是一個熱材料鍍層，充當了散熱器。S.E.C.C.內(nèi)部，大多數(shù)處理器有一個被稱為基體的印刷電路板連接起處理器、二級高速緩存和總線終止電路。S.E.C.C.封裝用于有242個觸點的英特爾奔騰II處理器和有330個觸點的奔騰II至強和奔騰III至強處理器。

S.E.C.C.2封裝

S.E.C.C.2封裝與S.E.C.C.封裝相似，除了S.E.C.C.2使用更少的保護性包裝并且不含有導(dǎo)熱鍍層。S.E.C.C.2封裝用于一些較晚版本的奔騰II處理器和奔騰III處理器(242觸點)。

S.E.P.封裝

“S.E.P.”是“SingleEdgeProcessor”的縮寫，是單邊處理器的縮寫。“S.E.P.”封裝類似于“S.E.C.C.”或者“S.E.C.C.2”封裝，也是采用單邊插入到Slot插槽中，以金手指與插槽接觸，但是它沒有全包裝外殼，底板電路從處理器底部是可見的。“S.E.P.”封裝應(yīng)用于早期的242根金手指的IntelCeleron處理器。

PLGA封裝

PLGA是PlasticLandGridArray的縮寫，即塑料焊盤柵格陣列封裝。由于沒有使用針腳，而是使用了細小的點式接口，所以PLGA封裝明顯比以前的FC-PGA2等封裝具有更小的體積、更少的信號傳輸損失和更低的生產(chǎn)成本，可以有效提升處理器的信號強度、提升處理器頻率，同時也可以提高處理器生產(chǎn)的良品率、降低生產(chǎn)成本。目前Intel公司Socket775接口的CPU采用了此封裝。

CuPGA封裝

CuPGA是LiddedCeramicPackageGridArray的縮寫，即有蓋陶瓷柵格陣列封裝。其與普通陶瓷封裝最大的區(qū)別是增加了一個頂蓋，能提供更好的散熱性能以及能保護CPU核心免受損壞。目前AMD64系列CPU采用了此封裝。

芯片的封裝類型

1.BGA球柵陣列封裝

2.CSP芯片縮放式封裝

3.COB板上芯片貼裝

4.COC瓷質(zhì)基板上芯片貼裝

5.MCM多芯片模型貼裝

6.LCC無引線片式載體

7.CFP陶瓷扁平封裝

8.PQFP塑料四邊引線封裝

9.SOJ塑料J形線封裝

10.SOP小外形外殼封裝

11.TQFP扁平簿片方形封裝

12.TSOP微型簿片式封裝

13.CBGA陶瓷焊球陣列封裝

14.CPGA陶瓷針柵陣列封裝

15.CQFP陶瓷四邊引線扁平

16.CERDIP陶瓷熔封雙列

17.PBGA塑料焊球陣列封裝

18.SSOP窄間距小外型塑封

19.WLCSP晶圓片級芯片規(guī)模封裝

20.FCOB板上倒裝片