常見的封裝技術

常見的封裝技術

從foundry廠得到圓片進行減薄、中測打點后，即可進入后道封裝。封裝對集成電路起著機械支撐和機械保護、傳輸信號和分配電源、散熱、環(huán)境保護等作用。
芯片的封裝技術已經(jīng)歷了好幾代的變遷，從DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM，技術指標一代比一代先進，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。
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)，進展至1980 年代以SMT(Surface Mount Technology)技術衍生出的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封裝技術。
BGA封裝方式經(jīng)過十多年的發(fā)展已經(jīng)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(fā)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(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，其全球市場規(guī)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。
BGA封裝比QFP先進，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基礎上做了改進，研制出另一種稱為μBGA的封裝技術，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潮，對集成電路封裝要求更加嚴格。
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的封裝結構，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準壓點軌跡內的，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)封裝外殼本身的結構來分的，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封裝則受標準壓點位置和大小制約。
CSP封裝適用于腳數(shù)少的IC，如內存條和便攜電子產(chǎn)品。未來則將大量應用在信息家電（IA）、數(shù)字電視（DTV）、電子書（E-Book）、無線網(wǎng)絡WLAN／GigabitEthemet、ADSL／手機芯片、藍芽（Bluetooth）等新興產(chǎn)品中。
Flip Chip 技術起源于1960 年代，為IBM 開發(fā)出之技術，F(xiàn)lip Chip 技術是在I/O pad上沉積錫鉛球，然后將芯片翻轉佳熱利用熔融的錫鉛球與陶瓷機板相結合此技術替換常規(guī)打線接合，逐漸成為未來的封裝主流，當前主要應用于高時脈的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擴大。
最終，這個問題在1999年底得到了解決。當時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。
QFP封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細，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(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（Direct Chip Attach 簡稱DCA），也稱之為板上芯片技術（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。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，它的應用范圍很廣，包括標準邏輯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。