淺談芯片封裝技術(shù)方案

1、淺談芯片封裝技術(shù)20XX年XX月多年的企業(yè)咨詢豉問經(jīng)驗.經(jīng)過實(shí)戰(zhàn)驗證可以落地機(jī)行的卓越管理方案，值得您下載擁有淺談芯片封裝技術(shù)很多關(guān)注電腦核心配件發(fā)展的朋友均會注意到，壹般新的CPU內(nèi)存以及芯片組出現(xiàn)時均會強(qiáng)調(diào)其采用新的封裝形式，不過很多人對封裝且不了解。其實(shí)，所謂封裝就是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保持芯片和增強(qiáng)電熱性能的作用。V+CnK8aWk96*而且芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印制板上的導(dǎo)線和其他器件建立連接，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部芯片和外部電路的連接。因為芯片必須和外界隔離，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。另壹

2、方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運(yùn)輸。八-,GWpi!）%ql*S:由于封裝技術(shù)的好壞仍直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和和之連接的PCB（印制電路板）的設(shè)計和制造，因此它是至關(guān)重要的。因此，封裝對CPU以及其他芯片均有著重要的作用。FTu;&J6mZi$#'b!封裝時主要考慮的因素：芯片面積和封裝面積之比為提高封裝效率，盡量接近1：1。引腳要盡量短以減少延遲，引腳間的距離盡量遠(yuǎn)，以保證互不干擾，提高性能。基于散熱的要求，封裝越薄越好。下面，就讓我們通過圖例，來了解壹下壹些比較有代表性的封裝的具體情況吧。S4|f<<O-壹、CPU的封裝方式*goAyJIbmm4/

3、9;<CCPU封裝是CPU生產(chǎn)過程中的最后壹道工序，封裝是采用特定的材料將CPU芯片或CPU模塊固化于其中以防損壞的保護(hù)措施，壹般必須于封裝后CPU才能交付用戶使用。|U"vUtm6A/9G/BCPU的封裝方式取決于CPU安裝形式和器件集成設(shè)計，從大的分類來見通常采用Socket插座進(jìn)行安裝的CPU使用PGA(柵格陣列)方式封裝，而采用Slotx梢安裝的CPU則全部采用SEC(單邊接插盒)的形式封裝。當(dāng)下仍有PLGA(PlasticLandGridArray)、OLGA(OrganicLandGridArray)等封裝技術(shù)。由于市場競爭日益激烈，目前CPU封裝技術(shù)的發(fā)展方向以節(jié)

4、約成本為主。下面我們就壹起來見見幾種有代表性的CPU封裝方式。',VEPwNcW)!_H<11、早期CPU封裝方式*3xWjb4(F8EHR5CPU封裝方式可追朔到8088時代，這壹代的CPU采用的是DIP雙列直插式封裝。DIP(DualInlinePackage)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)壹般不超過100個。采用DIP封裝的CPU芯片有倆排引腳，需要插入到具有DIP結(jié)構(gòu)的芯片插座上。!ib）kK.tXvqfPc當(dāng)然，也能夠直接插于有相同焊孔數(shù)和幾何排列的電路板上進(jìn)行焊接。DIP封裝的芯片于從芯片插座上插拔

5、時應(yīng)特別小心，以免損壞管腳。這種封裝適合于PCB（印刷電路板）上穿孔焊接，操作方便，但芯片面積和封裝面積之間的比值較大，故體積也較大。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。?s._n2=S,VDc6D而80286，80386CPU則采用了QFP塑料方型扁平式封裝和PFP塑料扁平組件式封裝。QFP(PlasticQuadFlatPackage)封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細(xì)，壹般大規(guī)?；虺笮图呻娐肪捎眠@種封裝形式，其引腳數(shù)壹般于100個之上。用這種形式封裝的芯片必須采用SM

6、D(表面安裝設(shè)備技術(shù))將芯片和主板焊接起來unfk>6.)采用SMD安裝的芯片不必于主板上打孔，壹般于主板表面上有設(shè)計好的相應(yīng)管腳的焊點(diǎn)。將芯片各腳對準(zhǔn)相應(yīng)的焊點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)和主板的焊接。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。而相似的PFP(PlasticFlatPackage)方式封裝的芯片和QFP方式基本相同。唯壹的區(qū)別是QFP壹般為正方形，而PFP既能夠是正方形，也能夠是長方形。QFP/PFP封裝適用于SMD表面安裝技術(shù)于PCB電路板上安裝布線以及高頻使用，可靠性較高，封裝面積也比較小。W_2mbZz,pE;-zKg2、PGA(PinGridArray)引腳網(wǎng)格陣

7、列封裝:15X>*.S-V+b>m2HPGA封裝也叫插針網(wǎng)格陣列封裝技術(shù)(CeramicPinGridArrauPackage)，目前CPU的封裝方式基本上是采用PGA封裝，于芯片下方圍著多層方陣形的插針，每個方陣形插針是沿芯片的四周，間隔壹定距離進(jìn)行排列的，根據(jù)管腳數(shù)目的多少，能夠圍成25圈。它的引腳見上去呈針狀，是用插件的方式和電路板相結(jié)合tc>hfxBhZhk-安裝時，將芯片插入專門的PGA插座。PGA封裝具有插拔操作更方便，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是耗電量較大。從486的芯片開始，出現(xiàn)的壹種ZIF（ZeroInsertionForceSocket，零插拔力的插座）的CPU

8、插座，使用該封裝技術(shù)的CPU能夠很容易、輕松地插入插座中，然后將搬手壓回原處，利用插座本身的特殊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的擠壓力，將CPU的管腳和插座牢牢的接觸，絕對不會存于接觸不良的問題。而拆卸CPU芯片只需將插座的搬手輕輕抬起，則壓力解除，CPU芯片即可輕松取出。專門用來安裝和拆卸PGA封裝的CPU。+K6U>q;b3?kG"<PGA也衍生出多種封裝方式，比較常見的有以下幾種：gl4#x2S"Az5IjQOPGA（OrganicpingridArray，有機(jī)管腳陣列）：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。此種封裝方式能夠降低阻抗和封裝成本。OPGA封裝拉

9、近了外部電容和處理器內(nèi)核的距離，能夠更好地改善內(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。J6W4N6e7NZE5IH!.AmPGA：微型PGA封裝，目前只有AMD公司的Athlon64和英特爾公司的Xeon（至強(qiáng)）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(jìn)的封裝形式。n?Ngd（qwj|Z/Y-1)CPGA：也就是常說的陶瓷封裝，全稱為CeramicPGA。主要于Thunderbird（雷鳥）核心和“Palomino”核心的Athlon處理器上采用。8w1RP&n#iFSFC-PGA：這種封裝是反轉(zhuǎn)芯片針腳柵格陣列的縮寫，這種封裝中有

10、針腳插入插座。這些芯片被反轉(zhuǎn)，以至片?；驑?gòu)成計算機(jī)芯片的處理器部分被暴露于處理器的上部。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(shí)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處理器于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壹種方式插入插座。FC-PGA封裝用于奔騰III和英特爾賽揚(yáng)處理器，它們均使用370針。we（CL"XQ'2pl2<mFC-PGA2：FC-PGA2封裝和FC-PGA封裝類型很相似，除了這些處理器仍具有集成式散熱

11、器（IHS）。集成式散熱器是于生產(chǎn)時直接安裝到處理器片上的。由于IHS和片模有很好的熱接觸且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(yáng)處理器（370針）和奔騰4處理器（478針）。5l"B5rivPQ6ZPPGA：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于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壹種方式插入插座。A4Lzx?2b#3、S.E.E.C.單邊接才f

12、卡盒）封裝a|qA+7gn|16IwS.E.C.C是SingleEdgeContactCartridge縮寫，是單邊接觸卡盒的縮寫。為了和主板連接，處理器被插入壹個插槽。它不使用針腳，而是使用“金手指”觸點(diǎn)，處理器使用這些觸點(diǎn)來傳遞信號。S.E.C.C.被壹個金屬殼覆蓋，這個殼覆蓋了整個卡盒組件的頂端?？ê械谋趁媸且紓€熱材料鍍層，充當(dāng)了散熱器。S.E.C.C內(nèi)部，大多數(shù)處理器有壹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(diǎn)的英特爾奔騰II處理器和有330個觸點(diǎn)的奔騰II至強(qiáng)和奔騰III至強(qiáng)處理器。=5*|5raG;HJU0qk4、S.E

13、.E.C.2封裝l八lZgnnIaThLS.E.C.C.2封裝和S.E.C.C封裝相似，除了S.E.C.C.2使用更少的保護(hù)性包裝且且不含有導(dǎo)熱鍍層。S.E.C.C.2封裝用于壹些較晚版本的奔騰II處理器和奔騰III處理器（242觸點(diǎn)）。evv_g|-Z*b）Tg35、新封裝技術(shù)p4f/h6E',/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公司于BGA基礎(chǔ)上做丁改進(jìn)，研制出另壹種稱為林BGA勺封裝技術(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)了壹大步。Celeron(賽揚(yáng))移動CPU通常采用PGA”和“bBGA”

14、圭裝&亞VZt2U;1三菱電氣研究的壹種芯片面積封裝面積=1：11的封裝結(jié)構(gòu)，其封裝外形尺寸只比裸芯片大壹點(diǎn)點(diǎn)。也就是說，單個IC芯片有多大，封裝尺寸就有多大，從而誕生了壹種新的封裝形式，命名為芯片尺寸封裝，簡稱CSP(ChipSizePackage或ChipScalePackage)。CSP封裝滿足了LSI芯片引出腳不斷增加的需要，解決了IC裸芯片不能進(jìn)行交流參數(shù)測試和老化篩選的問題，而且封裝面積縮小到BGA的14至110，延遲時間縮小到極短。W(M0wIhkn/.!-K二、內(nèi)存芯片封裝方式'-B-gG&%IvKRS內(nèi)存顆粒的封裝方式最常見的有SOJ、TSOPII、T

15、iny-BGA、BLP、止BGA?封裝，而未來趨勢則將向CSP發(fā)展。rbs*vPAMtk(v&61、SOJ(SmallOut-LineJ-Lead)小尺寸J形引腳封裝4,.,?3?sE91SOJ封裝方式是指內(nèi)存芯片的倆邊有壹排小的J形引腳，直接黏著于印刷電路板的表面上。它是壹種表面裝配的打孔封裝技術(shù)，針腳的形狀就像字母“J”，由此而得名。SOJ封裝壹般應(yīng)用于EDODRAM。;2Vj3|TW2、Tiny-BGA(TinyBallGridArray)小型球柵陣列封裝+5H7h|4hmo'5TinyBGA英文全稱為TinyBallGridArray(小型球柵陣列封裝)，屬于是BGA封

16、裝技術(shù)的壹個分支。是Kingmax公司于1998年8月開發(fā)成功的，其芯片面積和封裝面積之比不小于1：1.14，能夠使內(nèi)存于體積不變的情況下內(nèi)存容量提高23倍，和TSOP封裝產(chǎn)品相比，其具有更小的體積、更好的散熱性能和電性能。?Ro-%7fR)6O4采用TinyBGA封裝技術(shù)的內(nèi)存產(chǎn)品于相同容量情況下體積只有TSOP封裝的1/3。TSOP封裝內(nèi)存的引腳是由芯片四周引出的，而TinyBGA則是由芯片中心方向引出。這種方式有效地縮短了信號的傳導(dǎo)距離，信號傳輸線的長度僅是傳統(tǒng)的TSOP技術(shù)的1/4，因此信號的衰減也隨之減少。這樣不僅大幅提升了芯片的抗干擾、抗噪性能，而且提高了電性能。gCY:y>

17、zm=)w采用TinyBGA封裝芯片可抗高達(dá)300MHz的外頻，而采用傳統(tǒng)TSOP封裝技術(shù)最高只可抗150MHz的外頻。TinyBGA封裝的內(nèi)存其厚度也更薄(封裝高度小于0.8mm)，從金屬基板到散熱體的有效散熱路徑僅有0.36mm。因此，TinyBGA內(nèi)存擁有更高的熱傳導(dǎo)效率，非常適用于長時間運(yùn)行的系統(tǒng)，穩(wěn)定性極佳。)qeuO+_v0zw3 、BLP(BottomLeadPacKage)底部引交封裝p:p)+M|5NGu0&RG樵風(fēng)(ALUKA)金條的內(nèi)存顆粒采用特殊的BLP封裝方式，該封裝技術(shù)于傳統(tǒng)封裝技術(shù)的基礎(chǔ)上采用壹種逆向電路，由底部直接伸出引腳，其優(yōu)點(diǎn)就是能節(jié)省約90%電路，

18、使封裝尺寸電阻及芯片表面溫度大幅下降。和傳統(tǒng)的TSOP封裝的內(nèi)存顆粒相比，其芯片面積和填充裝面積之比大于1：1.1，明顯要小很多，不僅高度和面積極小，而且電氣特性得到了進(jìn)壹步的提高，制造成本也不高，BLP封裝和KINGMAX的TINY-BGA封裝比較相似，BLP的封裝技術(shù)使得電阻值大幅下降，芯片溫度也大幅下降，可穩(wěn)定工作的頻率更高。XB'-/-#A-vFq4 、TSOP(ThinSmallOutlinePackage)薄型小尺寸封裝(mqFt+6VdTSOP內(nèi)存封裝技術(shù)的壹個典型特征就是于封裝芯片的周圍做出引腳，如SDRAM內(nèi)存的集成電路倆側(cè)均有引腳，SGRAM內(nèi)存的集成電路四面均有引

19、腳。TSOP適合用SMT技術(shù)(表面安裝技術(shù))于PCB(印制電路板)上安裝布線。TSOP封裝外形尺寸時，寄生參數(shù)(電流大幅度變化時，引起輸出電壓擾動)減小，適合高頻應(yīng)用，操作比較方便，可靠性也比較高。=llaVALQ$改進(jìn)的TSOP技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于SDRAM內(nèi)存的制造上，不少知名內(nèi)存制造商如三星、現(xiàn)代、Kingston等目前均于采用這項技術(shù)進(jìn)行內(nèi)存封裝。不過，TSOP封裝方式中，內(nèi)存芯片是通過芯片引腳焊接于PCB板上的，焊點(diǎn)和PCB板的接觸面積較小，使得芯片向PCB辦傳熱就相對困難。而且TSOP封裝方式的內(nèi)存于超過150MHz后，會產(chǎn)品較大的信號干擾和電磁干擾。6-oCg5Our'&#

20、39;!5、BGA(BallGridArray)球狀矩陣排列封裝C;Sugi<,y&、ky2:見下文的芯片組封裝。nDlNgd6、CSP(ChipScalePackage)芯片級封裝Foe'r"RP,-)ox&lGCSP作為新壹代的芯片封裝技術(shù)，于BGA、TSOP的基礎(chǔ)上，它的性能又有了革命性的提升。CSP,全稱為ChipScalePack-age,即芯片尺寸封裝的意思。作為新壹代的芯片封裝技術(shù)，于BGA、TSOP的基礎(chǔ)上，CSP的性能又有了革命性的提升。CSP封裝能夠讓芯片面積和封裝面積之比超過1：1.14，已經(jīng)相當(dāng)接近1：1的理想情況，絕對尺寸也僅有

21、32平方毫米，約為普通的BGA的1/3，僅僅相當(dāng)于TSOP內(nèi)存芯片面積的1/6。.B1TlxAOSM#f和BGA封裝相比，同等空間下CSP封裝能夠?qū)⒋鎯θ萘刻岣?倍。CSP封裝內(nèi)存不但體積小，同時也更薄，其金屬基板到散熱體的最有效散熱路徑僅有0.2毫米，大大提高了內(nèi)存芯片于長時間運(yùn)行后的可靠性。和BGA、TOSP相比CSP封裝的電氣性能和可靠性也有相當(dāng)大的提高。且且，于相同的芯片面積下CSP所能達(dá)到的引腳數(shù)明顯要比TSOP、BGA引腳數(shù)多得多，這樣它可支持I/O端口的數(shù)目就增加了很多。"|3N3AabA_$-hmX8此外，CSP封裝內(nèi)存芯片的中心引腳形式有效縮短了信號的傳導(dǎo)距離，其衰

22、減隨之減少，芯片的抗干擾、抗噪性能也能得到大幅提升，這也使得CSP的存取時間比BGA改善15%20%0%PGk%5_+$95O三、芯片組的封裝方式N?HPOo,hW9F!T|芯片組的南北橋芯片、顯示芯片以及聲道芯片等等，主要采用的封裝方式是BGA或PQFP封裝。f5AGkpD!G9j?C1、BGA(BallGridArray)球狀矩陣排列封裝iybq3(.RRc'%s(9,隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，對集成電路的封裝要求更加嚴(yán)格。這是因為封裝技術(shù)關(guān)系到產(chǎn)品的功能性，當(dāng)IC的頻率超過100MHz時，傳統(tǒng)封裝方式可能會產(chǎn)生所謂的“CrossTalk”現(xiàn)象，而且當(dāng)IC的管腳數(shù)大于208Pin時，

23、傳統(tǒng)的封裝方式有其困難度。因此，除使用QFP封裝方式外，現(xiàn)今大多數(shù)的高腳數(shù)芯片(如圖形芯片和芯片組等)皆轉(zhuǎn)而使用BGA(BallGridArrayPackage)封裝技術(shù)。BGA壹出現(xiàn)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。xlNy;e_d-SM.x:BGA封裝技術(shù)又可詳分為五大類：a;GL4?G(%WNPSRPBGA(PlasricBGA)基板：壹般為2-4層有機(jī)材料構(gòu)成的多層板，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于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壹種方式插入插座。Intel系列CPU中，PentiumII、III、IV處理器均采用這種封裝形式。a$8L3i8VK|KupiUVCBGA(CeramicBGA)基板：即陶瓷基板，芯片和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,PentiumI、II、PentiumPro處理器均采用過這種封裝形式。ly'mlBk>FCBGA(FilpChipBGA)基板：硬質(zhì)多層基板。qXE'