芯片封装技术

怪鸭兽 
2001年 6期

　　所谓封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，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插槽与其他器件相连接。它起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用。芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，从DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM。下面就带领大家看看一些常见芯片的封装方式。
　　#1    CPU
　　　　CPU的封装方式取决于CPU安装形式，通常采用Socket插座安装的CPU只能使用PGA（栅格阵列）的形式进行封装，而采用Slot X槽安装的CPU则全部采用SEC（单边接插盒）的形式进行封装。早期的CPU是采用DIP或PQFP进行封装，由于这些CPU已是淘汰产品，故本小节不再进行详细说明。
　　　　1. PGA（Pin Grid Arrax）引脚网格阵列封装（^06030901a^）
　　　　目前CPU的封装方式基本上是采用PGA封装，在芯片下方围着多层方阵形的插针，每个方阵形插针是沿芯片的四周，间隔一定距离进行排列的。它的引脚看上去呈针状，是用插件的方式和电路板相结合。安装时，将芯片插入专门的PGA插座。PGA封装具有插拔操作更方便，可靠性高的优点，缺点是耗电量较大。从486的芯片开始，出现的一种ZIF（Zero Insertion Force Socket，零插拔力的插座）的CPU插座，专门用来安装和拆卸PGA封装的CPU。
　　　　PGA也衍生出多种封装方式。PGA（Pin Grid Arrax，引脚网格阵列）封装，适用于Intel Pentium、Intel Pentium PRO和Cxrix/IBM 6x86处理器；SPGA封装，适用于AMD K5和Cxrix MⅡ处理器；CPGA（Ceramic Pin Grid Arrax，陶瓷针形栅格阵列）封装，适用于Intel Pentium MMX、AMD K6、AMD K6-2、AMD K6 Ⅲ、VIA Cxrix Ⅲ、Cxrix/IBM 6x86MX、IDT WinChip C6和IDT WinChip 2处理器；PPGA（Plastic Pin Grid Arrax，塑料针状矩阵）封装，适用于Intel Celeron处理器（Socket 370）；FC-PGA（Flip Chip Pin Grid Arrax，反转芯片针脚栅格阵列）封装，适用于Coppermine系列Pentium Ⅲ、Celeron Ⅱ和Pentium4处理器。
　　　　2. SEC（单边接插卡盒）封装
　　　　Slot X架构的CPU不再用陶瓷封装，而是采用了一块带金属外壳的印刷电路板，该印刷电路板集成了处理器部件。SEC卡的塑料封装外壳称为SEC（Single Edgecontact Cartridge）单边接插卡盒。这种SEC卡设计是插到Slot X（尺寸大约相当于一个ISA插槽那么大）插槽中。所有的Slot X主板都有一个由两个塑料支架组成的固定机构，一个SEC卡可以从两个塑料支架之间插入Slot X槽中。（^06030901b^）
　　　　其中，Intel Celeron处理器（Slot 1）是采用（SEPP）单边处理器封装；Intel的PentiumⅡ是采用SECC（Single Edge Contact Connector，单边接触连接）的封装；Intel的PentiumⅢ是采用SECC2封装。
　　#1    芯片组
　　　　芯片组的南北桥芯片、显示芯片等等，主要采用的封装方式是BGA或PQFP封装。
　　　　1. BGA（Ball Grid Arrax）球状矩阵排列封装（^06030901c^）
　　　　BGA封装为底面引出细针的形式，得用可控塌陷芯片法焊接（简称C4焊接）。以我们常见的主板芯片组来说，我们实际看到的体积和外观并不是真正的工作芯片的大小和面貌，而是芯片经过封装后的东西。这种封装对于芯片来说是必需的，也是至关重要的。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。BGA封装的封装面积只有芯片表面积的1.5倍左右，芯片的引脚是由芯片中心方向引出的，有效地缩短了信号的传导距离，因此信号的衰减便随之减少，芯片的抗干扰、抗噪性能也会得到大幅提升。而且，用BGA封装不但体积较小，同时也更薄（封装高度小于0.8mm）。于是，BGA便拥有了更高的热传导效率，非常适宜用于长时间运行的系统、稳定性极佳。BGA封装的I/O引脚数虽然增多，但引脚间距远大于QFP，从而提高了组装成品率。虽然它的功耗增加，但BGA能用C4法焊接，从而可以改善它的电热性能。它具有信号传输延迟小，使用频率大大提高；组装可用共面焊接，可靠性高等优点，缺点是BGA封装仍与QFP、PGA一样，占用基板面积过大。
　　　　2. PQFP（Plastic Quad Flat Package）塑料方形扁平式封装（^06030901d^）
　　　　PQFP封装的芯片的四周均有引脚，其引脚数一般都在100以上，而且引脚之间距离很小，管脚也很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式。用这种形式封装的芯片必须采用SMD（表面安装设备技术）将芯片边上的引脚与主板焊接起来。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。PQFP封装适用于SMD表面安装技术在PCB上安装布线，适合高频使用，它具有操作方便、可靠性高、芯片面积与封装面积比值较小等优点。
　　#1    BIOS芯片
　　　　目前大部分主板上的BIOS芯片为可擦写的BIOS，我们最常见到的BIOS芯片的封装方式主要有DIP（双列直插式封装）和PLCC（模塑有引线芯片载体封装）。其实这两种封装的BIOS芯片在性能上并无差别，只不过是体积和成本不一样而已。
　　　　1. DIP（Dual.In-line Package）双列直插式封装
　　　　DIP封装的BIOS芯片两侧有两排引脚，其引脚数一般不超过100，须要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然，也可以根据其引脚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封装适合PCB（印刷电路板）上穿孔焊接，有对PCB布线、操作方便等优点，缺点是芯片面积与封装面积比值较大。一般DIP封装的BIOS芯片是采用的是28或32脚DIP封装方式。（^06030901e^）
　　　　2. PLCC（Plastic Leaded Chip Carrier）塑料有引线芯片载体封装
　　　　还有一种采用的是PLCC32封装方式，外形呈正方形，32脚封装，四周都有管脚，外形尺寸比DIP封装小得多。PLCC封装适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线，具有外形尺寸小、可靠性高的优点。（^06030901f^）
　　#1    内存
　　　　内存颗粒的封装方式最常见的有SOJ、TSOPⅡ、Tinx-BGA、BLP、μBGA等封装。另外由于SIP与DIP封装方式主要应用在早期或其他组态的内存产品上，这里就不作详细介绍了。
　　　　1.SOJ（Small Out-Line J-Lead）小尺寸J形引脚封装
　　　　SOJ封装方式是指内存芯片的两边有一排小的J形引脚，直接附着在印刷电路板的表面上。SOJ封装一般应用在EDO DRAM。（^06030901g^）
　　　　2.TSOP（Thin Small Out-Line Package）薄型小尺寸封装（^06030901h^）
　　　　大部分的SDRAM内存芯片都是采用传统的TSOP封装方式。TSOP封装方式是指外观上轻薄且小的封装（它的封装厚度只有SOJ的三分之一），是在封装芯片的周围做出引脚，直接附着在印刷电路板的表面上。如SDRAM的IC为两侧有引脚，SGRAM的IC四周都有引脚。TSOP封装方式中，内存芯片是通过芯片引脚焊在PCB板上的，焊点和PCB板的接触面积较小，使得芯片向PCB板传热就相对困难。而且TSOP封装方式的内存在超过150MHz后，会有很大的信号干扰和电磁干扰。
　　　　3.Tinx-BGA（Tinx Ball Grid Arrax）小型球栅阵列封装（^06030901i^）
　　　　Kingmax内存最引人注目的是采用独特的Tinx-BGA封装方式，它能减小了芯片和整个内存的PCB板的面积，实际上，Tinx-BGA封装可视为超小型的BGA封装。Tinx-BGA封装的电路连接也和传统方式不同，内存芯片和电路板的连接实际是依赖芯片中心位置的细细导线。Tinx-BGA封装比起传统的封装技术有三大进步：更大的容量（在电路板上可以封装更多的内存颗粒）；更好的电气性能（因为芯片与底板连接的路径更短，避免了电磁干扰的噪音，能适合更高的工作频率）；更好的散热性能（内存颗粒是通过一个个锡球焊接在PCB板上，由于焊点和PCB板的接触面积较大，所以内存芯片在运行中所产生的热量可以很容易地传导到PCB板上并散发出去）。
　　　　4.BLP（Bottom Lead PacKage）底部引交封装（^06030901j^）
　　　　樵风（ALUKA）金条的内存颗粒采用特殊的BLP封装方式，该封装技术在传统封装技术的基础上采用一种逆向电路，由底部直接伸出引脚，其优点就是能节省约90%电路，使封装尺寸电阻及芯片表面温度大幅下降。和传统的TSOP封装的内存颗粒相比，明显要小很多。BLP封装与KINGMAX的TINY-BGA封装比较相似，BLP的封装技术使得电阻值大幅下降，芯片温度也大幅下降，可稳定工作的频率更高。
　　　　5.μBGA（Micro Ball Grid Arrax）微型球栅阵列封装
　　　　μBGA封装是在BGA基础上做了改进，按0.5mm焊区中心距，芯片面积与封装面积的比大于1∶1.14，是Tessera的独家专利，尤其适合工作于高频状态下的Direct RDRAM，但制造成本极高昂，目前主要用于Direct RDRAM。
　　
　　 
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