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常见的封装技术

导读: 从foundry厂得到圆片进行减薄、中测打点后,即可进入后道封装。封装对集成电路起着机械支撑和机械保护、传输信号和分配电源、散热、环境保护等作用。

  从foundry厂得到圆片进行减薄、中测打点后,即可进入后道封装。封装对集成电路起着机械支撑和机械保护、传输信号和分配电源、散热、环境保护等作用。

  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,技术指标一代比一代先进,包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于1,适用频率越来越高,耐温性能越来越好,引脚数增多,引脚间距减小,重量减小,可靠性提高,使用更加方便等等。

  近年来电子产品朝轻、薄、短、小及高功能发展,封装市场也随信息及通讯产品朝高频化、高I/O数及小型化的趋势演进。

  由1980年代以前的通孔插装(PTH)型态,主流产品为DIP(DualIn-LinePackage),进展至1980年代以SMT(SurfaceMountTechnology)技术衍生出的SOP(SmallOut-LinePackage)、SOJ(SmallOut-LineJ-Lead)、PLCC(PlasticLeadedChipCarrier)、QFP(QuadFlatPackage)封装方式,在IC功能及I/O脚数逐渐增加后,1997年Intel率先由QFP封装方式更新为BGA(BallGridArray,球脚数组矩阵)封装方式,除此之外,近期主流的封装方式有CSP(ChipScalePackage芯片级封装)及FlipChip(覆晶)。

  BGA(BallGridArray)封装方式是在管壳底面或上表面焊有许多球状凸点,通过这些焊料凸点实现封装体与基板之间互连的一种先进封装技术。

  BGA封装方式经过十多年的发展已经进入实用化阶段。1987年,日本西铁城(Citizen)公司开始着手研制塑封球栅面阵列封装的芯片(即BGA)。而后,摩托罗拉、康柏等公司也随即加入到开发BGA的行列。1993年,摩托罗拉率先将BGA应用于移动电话。同年,康柏公司也在工作站、PC电脑上加以应用。直到五六年前,Intel公司在电脑CPU中(即奔腾II、奔腾III、奔腾IV等),以及芯片组(如i850)中开始使用BGA,这对BGA应用领域扩展发挥了推波助澜的作用。目前,BGA已成为极其热门的IC封装技术,其全球市场规模在2000年为12亿块,预计2005年市场需求将比2000年有70%以上幅度的增长。

  BGA封装比QFP先进,更比PGA好,但它的芯片面积/封装面积的比值仍很低。Tessera公司在BGA基础上做了改进,研制出另一种称为μBGA的封装技术,按0.5mm焊区中心距,芯片面积/封装面积的比为1:4,比BGA前进了一大步。

  随着全球电子产品个性化、轻巧化的需求蔚为风潮,对集成电路封装要求更加严格。

  1994年9月日本三菱电气研究出一种芯片面积/封装面积=1:1.1的封装结构,其封装外形尺寸只比裸芯片大一点点。也就是说,单个IC芯片有多大,封装尺寸就有多大,从而诞生了一种新的封装形式,命名为芯片尺寸封装,简称CSP(ChipSizePackage或ChipScalePackage)。CSP是一种封装外壳尺寸最接近籽芯(die)尺寸的小型封装,具有多种封装形式,其封装前后尺寸比为1:1.2。它减小了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。即封装后的IC尺寸边长不大于芯片的1.2倍,IC面积只比晶粒(Die)大不超过1.4倍。

  CSP有两种基本类型:一种是封装在固定的标准压点轨迹内的,另一种则是封装外壳尺寸随芯尺寸变化的。常见的CSP分类方式是根据封装外壳本身的结构来分的,它分为柔性CSP,刚性CSP,引线框架CSP和圆片级封装(WLP)。柔性CSP封装和圆片级封装的外形尺寸因籽芯尺寸的不同而不同;刚性CSP和引线框架CSP封装则受标准压点位置和大小制约。

  CSP封装适用于脚数少的IC,如内存条和便携电子产品。未来则将大量应用在信息家电(IA)、数字电视(DTV)、电子书(E-Book)、无线网络WLAN/GigabitEthemet、ADSL/手机芯片、蓝芽(Bluetooth)等新兴产品中。

  FlipChip技术起源于1960年代,为IBM开发出之技术,FlipChip技术是在I/Opad上沉积锡铅球,然后将芯片翻转佳热利用熔融的锡铅球与陶瓷机板相结合此技术替换常规打线接合,逐渐成为未来的封装主流,当前主要应用于高时脉的CPU、GPU(GraphicProcessorUnit)及Chipset等产品为主。

  LGA(LandGridArray):矩栅阵列(岸面栅格阵列)是一种没有焊球的重要封装形式,它可直接安装到印制线路板(PCB)上,比其它BGA封装在与基板或衬底的互连形式要方便的多,被广泛应用于微处理器和其他高端芯片封装上。

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