芯片的封装技术


2000年 第2期 

　　从CPU诞生的那一天起，其封装技术就经历了多种变化。直到Pentium时代，封装形式才基本上稳定下来。80X86系列的CPU从8088开始经历了DIP、PQFP、PFP、PGA、BGA等多种在集成电路芯片中使用过的封装技术，其技术性能越来越强，适应的工作频率越来越高，而且耐热性能也越来越好，芯片面积与封装面积之比越来越接近于1∶1。了解CPU的封装形式，可以增加对CPU的进一步认识。
#1　　一、封装形式的概念
　　所谓封装形式就是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用，而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接。
　　衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。一般来说，出现一代新的CPU，就伴随着一种新的封装形式。
#1　　二、封装类型
　　1.DIP（Dual.In－line Package）双列直插式封装
　　DIP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均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100。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，以免损坏管脚。
　　DIP封装具有以下特点：
　　⑴适合PCB（印刷电路板）上穿孔焊接，操作方便。
　　⑵芯片面积与封装面积比值较大。
　　Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式，许多Cache和早期的内存芯片也是这种封装形式。
　　2.PQFP（Plastic Quad Flat Package）塑料方型扁平式封装和PFP（Plastic Flat Package）塑料扁平组件式封装
　　PQFP封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在100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盘。将芯片各脚对准相应的焊盘，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方式封装的芯片与PQFP方式基本相同。唯一的区别是PQFP一般为正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是长方形。
　　PQFP封装具有以下特点：
　　⑴适用于SMD表面安装技术在PCB上安装布线。
　　⑵适合高频使用。
　　⑶操作方便，可靠性高。
　　⑷芯片面积与封装面积比值较小。
　　Intel系列CPU中80286、80386和某些486主板采用这种封装形式。
　　3.PGA（Pin Grid Array Package）插针网格阵列封装
　　PGA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，根据管脚数目的多少，可以围成2～5圈。安装时，将芯片插入专门的PGA插座。为了使得CPU能够更方便的安装和拆卸，从486芯片开始，出现了一种ZIF CPU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。把这种插座上的搬手轻轻抬起，CPU可以很容易、轻松地插入插座中，然后将搬手压回原处，利用插座本身的特殊结构产生的挤压力，将CPU的管脚与插座牢牢的接触，绝对不会存在接触不良的问题。而拆卸CPU芯片只需将插座的搬手轻轻抬起，则压力解除，CPU芯片即可轻松取出。
　　PGA封装具有以下特点：
　　⑴插拔操作更方便，可靠性高。
　　⑵可适应更高的频率。
　　Intel系列CPU中80486和Pentium、Pentium Pro采用这种封装形式。
　　4.BGA（Ball Grid Array Package）球栅阵列封装
　　随着集成电路技术的进步，对集成电路的封装要求更加严格，出现了BGA封装技术。BGA一出现便成为CPU、主板南、北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。但BGA封装占用基板的面积比较大。
　　BGA封装具有以下特点：
　　⑴I/O引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于QFP，从而提高了组装成品率。
　　⑵虽然它的功耗增加，但其采用了可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能。
　　⑶信号传输延迟小，适应频率大大提高。
　　⑷组装可用共面焊接，可靠性大大提高。
　　Intel系列CPU中Pentium Pro、PentiumⅡ、PentiumⅢ采用了陶瓷球栅阵列封装。
　　5.CSP（Chip Size Package）芯片尺寸封装
　　为了减少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，从而出现了CSP新的封装形式。
　　CSP封装具有以下特点：
　　⑴满足了芯片I/O引脚不断增加的需要。
　　⑵芯片面积与封装面积比值很小。
　　⑶极大地缩短了延迟时间。
　　6.MCM（Multi Chip Model）多芯片组件
　　为了解决单一的芯片集成度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技术组成多种多样电子组件系统，从而出现了MCM多芯片组件系统。
    MCM具有以下特点：
　　⑴封装延迟时间缩小，易于实现组件高速化。
　　⑵缩小整机/组件封装尺寸和重量。
　　⑶系统可靠性大大提高。
　　总之，随着CPU和其他超大规模集成电路的进步，集成电路的封装形式也将得到相应的变化，而且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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