簡述芯片封裝技術(shù) 

   （一） 自從美國Intel公司1971年設計制造出4位微處a理器芯片以來,，在20多年時間內(nèi),，CPU從Intel4004,、80286,、80386,、80486發(fā)展到Pentium和PentiumⅡ,，數(shù)位從4位,、8位,、16位,、32位發(fā)展到64位;主頻從幾兆到今天的400MHz以上，接近GHz;CPU芯片里集成的晶體管數(shù)由2000個躍升到500萬個以上;半導體制造技術(shù)的規(guī)模由SSI,、MSI,、LSI、VLSI達到 ULSI,。封裝的輸入/輸出（I/O）引腳從幾十根,，逐漸增加到 幾百根，下世紀初可能達2千根,。這一切真是一個翻天覆地的變化,。 

    對于CPU，讀者已經(jīng)很熟悉了,，286,、386、486,、Pentium,、Pentium Ⅱ、Celeron,、K6,、K6-2 ……相信您可以如數(shù)家珍似地列出一長串。但談到CPU和其他大規(guī)模集成電路的封裝,，知道的人未必很多,。所謂封裝是指安裝半導體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放,、固定,、密封、保護芯片和增強電熱性能的作用,，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁——芯片上的接點用導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線與其他器件建立連接,。因此,，封裝對CPU和其他LSI集成電路都起著重要的作用。 

    新一代CPU的出現(xiàn)常常伴隨著新的封裝形式的使用,。 芯片的封裝技術(shù)已經(jīng)歷了好幾代的變遷,，從DIP、QFP,、PGA,、BGA到CSP再到MCM，技術(shù)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,。 下面將對具體的封裝形式作詳細說明  

     一、DIP封裝 70年代流行的是雙列直插封裝,，簡稱DIP(Dual In-line Package),。DIP封裝結(jié)構(gòu)具有以下特點: 1.適合PCB的穿孔安裝; 2.比TO型封裝易于對PCB布線; 3.操作方便 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),。 衡量一個芯片封裝技術(shù)先進與否的重要指標是芯片面積與封裝面積之比,，這個比值越接近1越好。以采用40根I/O引腳塑料包封雙列直插式封裝(PDIP)的CPU為例,，其芯片面積/封裝面積=3×3/15.24×50=1：86,離1相差很遠,。不難看出，這種封裝尺寸遠比芯片大,，說明封裝效率很低,，占去了很多有效安裝面積 Intel公司這期間的CPU如8086、80286都采用PDIP封裝,。  

    二,、芯片載體封裝  

　　 80年代出現(xiàn)了芯片載體封裝，其中有陶瓷無引線芯片載體LCCC(Leadless Ceramic Chip Carrier),、塑料有引線芯片載體PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier),、小尺寸封裝SOP(Small Outline Package)、塑料四邊引出扁平封裝PQFP(Plastic Quad Flat Package),，封裝結(jié)構(gòu)形式如圖3,、圖4和圖5所示。 以0.5mm焊區(qū)中心距,，208根I/O引腳的QFP封裝的CPU為例,，外形尺寸28×28mm，芯片尺寸10×10mm,，則芯片面積/封裝面積=10×10/28×28=1：7.8,，由此可見QFP比DIP的封裝尺寸大大減小。QFP的特點是: 1.適合用SMT表面安裝技術(shù)在PCB上安裝布線; 2.封裝外形尺寸小,，寄生參數(shù)減小,，適合高頻應用; 3.操作方便; 4.可靠性高,。 在這期間，Intel公司的CPU,，如Intel 80386就采用塑料四邊引出扁平封裝PQFP,。 

    三、BGA封裝 90年代隨著集成技術(shù)的進步,、設備的改進和深亞微米技術(shù)的使用,，LSI、VLSI,、ULSI相繼出現(xiàn),，硅單芯片集成度不斷提高，對集成電路封裝要求更加嚴格,，I/O引腳數(shù)急劇增加,，功耗也隨之增大。為滿足發(fā)展的需要,，在原有封裝品種基礎(chǔ)上,，又增添了新的品種——球柵陣列封裝，簡稱BGA(Ball Grid Array Package),。 BGA一出現(xiàn)便成為CPU,、南北橋等VLSI芯片的高密度、高性能,、多功能及高I/O引腳封裝的最佳選擇,。其特點有: 1.I/O引腳數(shù)雖然增多，但引腳間距遠大于QFP,，從而提高了組裝成品率;2.雖然它的功耗增加,，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，簡稱C4焊接,， 從而可以改善它的電熱性能:3.厚度比QFP減少1/2以上,，重量減輕3/4以上;4.寄生參數(shù)減小，信號傳輸延遲小,，使用頻率大大提高;5.組裝可用共面焊接,，可靠性高;6.BGA封裝仍與QFP、PGA一樣,，占用基板面積過大; Intel公司對這種集成度很高(單芯片里達300萬只以上晶體管)，功耗很大的CPU芯片,，如Pentium,、Pentium Pro、PentiumⅡ采用陶瓷針柵陣列封裝CPGA和陶瓷球柵陣列封裝CBGA,，并在外殼上安裝微型排風扇散熱,，從而達到電路的穩(wěn)定可靠工作,。 四、面向未來新的封裝技術(shù) 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(chǔ)上做了改進,，研制出另一種稱為μBGA的封裝技術(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前進了一大步,。  
　　 

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(jié)構(gòu)，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封裝具有以下特點: 1.滿足了LSI芯片引出腳不斷增加的需要;2.解決了IC裸芯片不能進行交流參數(shù)測試和老化篩選的問題;3.封裝面積縮小到BGA的1/4至1/10,，延遲時間縮小到極短。 曾有人想,，當單芯片一時還達不到多種芯片的集成度時,，能否將高集成度、高性能,、高可靠的CSP芯片(用LSI或IC)和專用集成電路芯片(ASIC)在高密度多層互聯(lián)基板上用表面安裝技術(shù)(SMT)組裝成為多種多樣電子組件,、子系統(tǒng)或系統(tǒng)。由這種想法產(chǎn)生出多芯片組件MCM(Multi Chip Model),。它將對現(xiàn)代化的計算機,、自動化、通訊業(yè)等領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響,。 

    MCM的特點有: 

    1.封裝延遲時間縮小,，易于實現(xiàn)組件高速化; 

    2.縮小整機/組件封裝尺寸和重量，一般體積減小1/4,，重量減輕1/3; 

    3.可靠性大大提高,。 隨著LSI設計技術(shù)和工藝的進步及深亞微米技術(shù)和微細化縮小芯片尺寸等技術(shù)的使用，人們產(chǎn)生了將多個LSI芯片組裝在一個精密多層布線的外殼內(nèi)形成MCM產(chǎn)品的想法,。進一步又產(chǎn)生另一種想法:把多種芯片的電路集成在一個大圓片上,，從而又導致了封裝由單個小芯片級轉(zhuǎn)向硅圓片級(wafer level)封裝的變革，由此引出系統(tǒng)級芯片SOC(System On Chip)和電腦級芯片PCOC(PC On Chip),。 隨著CPU和其他ULSI電路的進步,，集成電路的封裝形式也將有相應的發(fā)展,，而封裝形式的進步又將反過來促成芯片技術(shù)向前發(fā)展。