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芯片封装详细介绍

 

一、DIP双列直插式封装

DIP(DualInline Package)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。

Intel
系列CPU8088就采用这种封装形式,缓存(Cache)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
Plastic Quad Flat Package)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(表面安装设备技术)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
Plastic Flat Package)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CPU8028680386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(Pin Grid Array Package)
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ZIFCPU插座,专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求。

ZIF(Zero Insertion Force Socket)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,80486PentiumPentium Pro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208 Pin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

(Ball Grid Array Package)
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
Plasric BGA)基板:一般为2-4层有机材料构成的多层板。Intel系列CPU中,Pentium IIIIIIV处理器均采用这种封装形式。

2.CBGA
CeramicBGA)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(FlipChip,简称FC)的安装方式。Intel系列CPU中,Pentium IIIPentium Pro

处理器均采用过这种封装形式。

3.FCBGA
FilpChipBGA)基板:硬质多层基板。

4.TBGA
TapeBGA)基板:基板为带状软质的1-2PCB电路板。

5.CDPBGA
Carity Down PBGA)基板:指封装中央有方型低陷的芯片区(又称空腔区)。

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(Citizen)公司开始着手研制塑封球栅面阵列封装的芯片(即BGA)。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

(即奔腾II、奔腾III、奔腾IV等),以及芯片组(如i850)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(Chip Size Package)。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(Die)大不超过1.4倍。

CSP封装又可分为四类:

1.Lead Frame Type(
传统导线架形式),代表厂商有富士通、日立、Rohm、高士达(Goldstar)等等。

2.Rigid Interposer Type(
硬质内插板型),代表厂商有摩托罗拉、索尼、东芝、松下等等。

3.Flexible Interposer Type(
软质内插板型),其中最有名的是Tessera公司的microBGACTSsim-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.Wafer Level Package(
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FCTAptos、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(IA)、数字电视(DTV)、电子书(E-Book)、无线网络WLANGigabitEthemet

ADSL/手机芯片、蓝芽(Bluetooth)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

MCM(Multi Chip Model)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作出相应的调整变化,而封装形式的进步又将反过来促进芯片技术向前发展。

 



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