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封裝是什么? 封裝，就是指把硅片上的電路管腳,用導線接引到外部接頭處,以便與其它器件連接.封裝形式是指安裝半導體集成電路芯片用的外殼。它不僅起著安裝、固定、密封、保護芯片及增強電熱性能等方面的作用，而且還通過芯片上的接點用導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線與其他器件相連接，從而實現內部芯片與外部電路的連接。因為芯片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質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。由于封裝技術的好壞還直接影響到芯片自身性能的發揮和與之連接的PCB(印制電路板)的設計和制造，因此它是至關重要的。 衡量一個芯片封裝技術先進與否的重要指標是芯片面積與封裝面積之比，這個比值越接近1越好。 封裝時主要考慮的因素 1 芯片面積與封裝面積之比為提高封裝效率，盡量接近1：1; 2 引腳要盡量短以減少延遲，引腳間的距離盡量遠，以保證互不干擾，提高性能; 3 基于散熱的要求，封裝越薄越好。 封裝大致經過了如下發展進程 結構方面：TO->DIP->PLCC->QFP->PGA->BGA ->CSP->MCM; 材料方面：金屬、陶瓷->陶瓷、塑料->塑料; 引腳形狀：長引線直插->短引線或無引線貼裝->球狀凸點; 裝配方式：通孔插裝->表面組裝->直接安裝 封裝的分類 封裝有不同的分類方法。按封裝的外形、尺寸、結構分類可分為引腳插入型、表面貼裝型(SMD，見注釋)和高級封裝。 從不同的角度出發,其分類方法大致有以下幾種:1,按芯片的裝載方式;2,按芯片的基板類 型;3,按芯片的封接或封裝方式;4,按芯片的封裝材料等;5,按芯片的外型結構.前三類屬一級封裝的范疇,涉及裸芯片及其電極和引線的封裝或封接,筆者 只作簡單闡述,后二類屬二級封裝的范疇,對PCB設計大有用處,筆者將作詳細分析. 1.按芯片的裝載方式分類 裸芯片在裝載時,它的有電極的一面可以朝上也可以朝下,因此,芯片就有正裝片和倒裝片之分,布線面朝上為正裝片,反之為倒裝片. 另外,裸芯片在裝載時,它們的電氣連接方式亦有所不同,有的采用有引線鍵合方式,有的則采用無引線鍵合方式 2.按芯片的基板類型分類 基板的作用是搭載和固定裸芯片,同時兼有絕緣,導熱,隔離及保護作用.它是芯片內外電路連接的橋梁.從材料上看,基板有有機和無機之分,從結構上看,基板有單層的,雙層的,多層的和復合的. 3.按芯片的封接或封裝方式分類 裸芯片裸芯片及其電極和引線的封裝或封接方式可以分為兩類,即氣密性封裝和樹脂封裝,而氣密性封裝中,根據封裝材料的不同又可分為:金屬封裝,陶瓷封裝和玻璃封裝三種類型. 4.按芯片的封裝材料分類 按芯片的封裝材料分有金屬封裝,陶瓷封裝,金屬-陶瓷封裝,塑料封裝. 金屬封裝:金屬材料可以沖,壓,因此有封裝精度高,尺寸嚴格,便于大量生產,價格低廉等優點. 陶瓷封裝:陶瓷材料的電氣性能優良,適用于高密度封裝. 金屬-陶瓷封裝:兼有金屬封裝和陶瓷封裝的優點. 塑料封裝:塑料的可塑性強,成本低廉,工藝簡單,適合大批量生產. 5.按芯片的外型,結構分類大致有  IP，SIP，ZIP，S-DIP，SK-DIP，PGA，SOP，MSP，QFP，SVP，LCCC，PLCC，SOJ，BGA，CSP，TCP等,其中前6種屬引腳插入型,隨后的9種為表面貼裝型,最后一種是TAB型(見注釋).1. DIP:雙列直插式封裝.顧名思義,該類型的引腳在芯片兩側排列,是插入式封裝中最常見的一種,引腳節距為2.54 mm,電氣性能優良,又有利于散熱,可制成大功率器件. 2. SIP:單列直插式封裝.該類型的引腳在芯片單側排列,引腳節距等特征與DIP基本相同.ZIP:Z型引腳直插式封裝.該類型的引腳也在芯片單側排列,只是引腳比SIP粗短些,節距等特征也與DIP基本相同. 3. S-DIP:收縮雙列直插式封裝.該類型的引腳在芯片兩側排列,引腳節距為1.778 mm,芯片集成度高于DIP. 4. SK-DIP:窄型雙列直插式封裝.除了芯片的寬度是DIP的1/2以外,其它特征與DIP相同.PGA:針柵陣列插入式封裝.封裝底面垂直陣列布置引腳 插腳,如同針柵.插腳節距為2.54 mm或1.27mm,插腳數可多達數百腳.用于高速的且大規模和超大規模集成電路. 5. SOP:小外型封裝.表面貼裝型封裝的一種,引腳端子從封裝的兩個側面引出,字母L狀.引腳節距為1.27mm. 6. MSP:微方型封裝.表面貼裝型封裝的一種,又叫QFI等,引腳端子從封裝的四個側面引出,呈I字形向下方延伸,沒有向外突出的部分,實裝占用面積小,引腳節距為1.27mm. 7. QFP:四方扁平封裝.表面貼裝型封裝的一種,引腳端子從封裝的兩個側面引出,呈L字形,引腳節距為1.0mm,0.8mm,0.65mm,0.5mm,0.4mm,0.3mm,引腳可達300腳以上. 8. SVP:表面安裝型垂直封裝.表面貼裝型封裝的一種,引腳端子從封裝的一個側面引出,引腳在中間部位彎成直角,彎曲引腳的端部與PCB鍵合,為垂直安裝的封裝.實裝占有面積很小.引腳節距為0.65mm,0.5mm . 9. LCCC:無引線陶瓷封裝載體.在陶瓷基板的四個側面都設有電極焊盤而無引腳的表面貼裝型封裝.用于高速,高頻集成電路封裝. 10. PLCC:無引線塑料封裝載體.一種塑料封裝的LCC.也用于高速,高頻集成電路封裝. 11. SOJ:小外形J引腳封裝.表面貼裝型封裝的一種,引腳端子從封裝的兩個側面引出,呈J字形,引腳節距為1.27mm. 12. BGA:球柵陣列封裝.表面貼裝型封裝的一種,在PCB的背面布置二維陣列的球形端子,而不采用針腳引腳.焊球的節距通常為1.5mm,1.0mm,0.8mm,與PGA相比,不會出現針腳變形問題. 13. CSP:芯片級封裝.一種超小型表面貼裝型封裝,其引腳也是球形端子,節距為0.8mm,0.65mm,0.5mm等. 14. TCP:帶載封裝.在形成布線的絕緣帶上搭載裸芯片,并與布線相連接的封裝.與其他表面貼裝型封裝相比,芯片更薄,引腳節距更小,達0.25mm,而引腳數可達500針以上. 按封裝歷史介紹封裝形式 (TO->DIP->PLCC->QFP->PGA->BGA->CSP->MCM) 1 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： 適合在PCB(印刷電路板)上穿孔焊接，操作方便。 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。 2 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(表面貼裝設備技術)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。 3 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。 4 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。 5 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。 6 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。 注釋： SMD：它是Surface Mounted Devices的縮寫，意為：表面貼裝器件，它是SMT(Surface Mount Technology 中文:表面貼裝技術)元器件中的一種。 TAB：正載帶自動焊(Tape Automated Boning)技術是一種基于將芯片組裝在金屬化柔性高分子載帶上的集成電路封裝技術。它的工藝主要是先在芯片上形成凸點,將芯片上的凸點同載帶上的焊點 通過引線壓焊機自動的鍵合在一起,然后對芯片進行密封保護。載帶既作為芯片的支撐體,又作為芯片同周圍電路的連接引線。 想學習的你和我聯系預約就可以免費聽課了。 以下課程可免費試聽C語言、電子、PCB、STM32、Linux、FPGA、JAVA、安卓等。 宋工企鵝號：3524-6590-88 Tel/WX：173--1795--1908 |
