常見的封裝技術(shù)

常見的封裝技術(shù)

從foundry廠得到圓片進(jìn)行減薄、中測打點后，即可進(jìn)入后道封裝。封裝對集成電路起著機械支撐和機械保護(hù)、傳輸信號和分配電源、散熱、環(huán)境保護(hù)等作用。
芯片的封裝技術(shù)已經(jīng)歷了好幾代的變遷，從DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM，技術(shù)指標(biāo)一代比一代先進(jìn)，包括芯片面積與封裝面積之比越來越接近于1，適用頻率越來越高，耐溫性能越來越好，引腳數(shù)增多，引腳間距減小，重量減小，可靠性提高，使用更加方便等等。
近年來電子產(chǎn)品朝輕、薄、短、小及高功能發(fā)展，封裝市場也隨信息及通訊產(chǎn)品朝高頻化、高I/O 數(shù)及小型化的趨勢演進(jìn)。
由1980 年代以前的通孔插裝(PTH)型態(tài)，主流產(chǎn)品為DIP(Dual In-Line Package)，進(jìn)展至1980 年代以SMT(Surface Mount Technology)技術(shù)衍生出的SOP(Small Out-Line Package)、SOJ(Small Out-Line J-Lead)、PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)、QFP(Quad Flat Package)封裝方式，在IC 功能及I/O 腳數(shù)逐漸增加后，1997 年Intel 率先由QFP 封裝方式更新為BGA(Ball Grid Array，球腳數(shù)組矩陣)封裝方式，除此之外，近期主流的封裝方式有CSP(Chip Scale Package 芯片級封裝)及Flip Chip(覆晶)。
BGA(Ball Grid Array)封裝方式是在管殼底面或上表面焊有許多球狀凸點，通過這些焊料凸點實現(xiàn)封裝體與基板之間互連的一種先進(jìn)封裝技術(shù)。
BGA封裝方式經(jīng)過十多年的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)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(fā)BGA的行列。1993年，摩托羅拉率先將BGA應(yīng)用于移動電話。同年，康柏公司也在工作站、PC電腦上加以應(yīng)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(yīng)用領(lǐng)域擴展發(fā)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(shù)，其全球市場規(guī)模在2000年為12億塊，預(yù)計2005年市場需求將比2000年有70%以上幅度的增長。
BGA封裝比QFP先進(jìn)，更比PGA好，但它的芯片面積/封裝面積的比值仍很低。Tessera公司在BGA基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，研制出另一種稱為μBGA的封裝技術(shù)，按0.5mm焊區(qū)中心距，芯片面積/封裝面積的比為1:4，比BGA前進(jìn)了一大步。
隨著全球電子產(chǎn)品個性化、輕巧化的需求蔚為風(fēng)潮，對集成電路封裝要求更加嚴(yán)格。
1994年9月日本三菱電氣研究出一種芯片面積/封裝面積=1:1.1的封裝結(jié)構(gòu)，其封裝外形尺寸只比裸芯片大一點點。也就是說，單個IC芯片有多大，封裝尺寸就有多大，從而誕生了一種新的封裝形式，命名為芯片尺寸封裝，簡稱CSP(Chip Size Package或Chip Scale Package)。CSP是一種封裝外殼尺寸最接近籽芯(die)尺寸的小型封裝，具有多種封裝形式，其封裝前后尺寸比為1：1.2。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有兩種基本類型：一種是封裝在固定的標(biāo)準(zhǔn)壓點軌跡內(nèi)的，另一種則是封裝外殼尺寸隨芯尺寸變化的。常見的CSP分類方式是根據(jù)封裝外殼本身的結(jié)構(gòu)來分的，它分為柔性CSP，剛性CSP，引線框架CSP和圓片級封裝(WLP)。柔性CSP封裝和圓片級封裝的外形尺寸因籽芯尺寸的不同而不同；剛性CSP和引線框架CSP封裝則受標(biāo)準(zhǔn)壓點位置和大小制約。
CSP封裝適用于腳數(shù)少的IC，如內(nèi)存條和便攜電子產(chǎn)品。未來則將大量應(yīng)用在信息家電（IA）、數(shù)字電視（DTV）、電子書（E-Book）、無線網(wǎng)絡(luò)WLAN／GigabitEthemet、ADSL／手機芯片、藍(lán)芽（Bluetooth）等新興產(chǎn)品中。
Flip Chip 技術(shù)起源于1960 年代，為IBM 開發(fā)出之技術(shù)，F(xiàn)lip Chip 技術(shù)是在I/O pad上沉積錫鉛球，然后將芯片翻轉(zhuǎn)佳熱利用熔融的錫鉛球與陶瓷機板相結(jié)合此技術(shù)替換常規(guī)打線接合，逐漸成為未來的封裝主流，當(dāng)前主要應(yīng)用于高時脈的CPU、GPU(GraphicProcessor Unit)及Chipset 等產(chǎn)品為主。
LGA(Land Grid Array)：矩柵陣列(岸面柵格陣列)是一種沒有焊球的重要封裝形式，它可直接安裝到印制線路板(PCB)上，比其它BGA封裝在與基板或襯底的互連形式要方便的多，被廣泛應(yīng)用于微處理器和其他高端芯片封裝上.
CGA(Column Grid Array)圓柱柵格陣列，又稱柱柵陣列封裝
　　1999年第三季度，Wavecom的工程師開始研究插座形式以外的其它解決方法。他們首先嘗試球柵矩陣封裝（Ball Grid Array）直接在PCB板上進(jìn)行焊裝。這種方法同時解決了裝配和屏蔽問題，因為球珠組成的環(huán)形可以減少電磁干擾。但球珠型式體積超大，造成了整體尺寸的相應(yīng)擴大。
最終，這個問題在1999年底得到了解決。當(dāng)時Wavecom的工程師發(fā)現(xiàn)用2微米長、0.4微米寬的微型金屬柱組成格柵，它既可提供電路連接，又控制了電磁干擾，并且有效地節(jié)約了部件的總體體積。柱柵陣列封裝方法使用特別設(shè)計的塑料框架， 其中放置200多個微型格柵，它最終解決了電磁屏蔽和電路連接問題，同時易于使用。
PGA芯片封裝形式在芯片的內(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)引腳數(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。為使CPU能夠更方便地安裝和拆卸，從486芯片開始，出現(xiàn)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(jié)構(gòu)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。
QFP封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細(xì)，一般大規(guī)?；虺笮图呻娐范疾捎眠@種封裝形式，其引腳數(shù)一般在100個以上。用這種形式封裝的芯片必須采用SMD（表面安裝設(shè)備技術(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)管腳的焊點。將芯片各腳對準(zhǔn)相應(yīng)的焊點，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。
PFP（Plastic Flat Package）方式封裝的芯片與QFP方式基本相同。唯一的區(qū)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。
芯片直接貼裝技術(shù)（Direct Chip Attach 簡稱DCA），也稱之為板上芯片技術(shù)（Chip-on-Board 簡稱COB），是采用粘接劑或自動帶焊、絲焊、倒裝焊等方法，將裸露的集成電路芯片直接貼裝在電路板上的一項技術(shù)。倒裝芯片是COB中的一種（其余二種為引線鍵合和載帶自動鍵合），它將芯片有源區(qū)面對基板，通過芯片上呈現(xiàn)陣列排列的焊料凸點來實現(xiàn)芯片與襯底的互連。
它提供了非常多的優(yōu)點；消除了對引線鍵合連接的要求；增加了輸入/輸出（I/O）的連接密度；以及在印刷電路板上所使用的空間很小。與引線鍵合相比,它實現(xiàn)了較多的I/O數(shù)量、加快了操作的速度。
SOP也是一種很常見的封裝形式，始于70年代末期。SOP封裝的應(yīng)用范圍很廣，而且以后逐漸派生出SOJ（J型引腳小外形封裝）、TSOP（薄小外形封裝）、VSOP（甚小外形封裝）、SSOP（縮小型SOP）、TSSOP（薄的縮小型SOP）及SOT（小外形晶體管）、SOIC（小外形集成電路）等在集成電路中都起到了舉足輕重的作用。像主板的頻率發(fā)生器就是采用的SOP封裝。
DIP(Dual-In-Line Package):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100個。在70年代非常流行。這種封裝形式的引腳從封裝兩側(cè)引出，封裝材料有塑料和陶瓷兩種。DIP封裝的特點就是適合PCB的穿孔安裝，易于PCB布線，它的應(yīng)用范圍很廣，包括標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC電路、微機電路等等。雖然DIP封裝已經(jīng)有些過時，但是現(xiàn)在很多主板的BIOS芯片還采取的這種封裝形式。