简述芯片的制作和封装的详细介绍

来源:盛世时代 时间:2017-05-06

    将制造完成晶圆固定,绑定引脚,按照需

求去制作成各种不同的封装形式,这就是同种

芯片内核可以有不同的封装形式的原因。比如

:DIP、QFP、PLCC、QFN 等等。这里主要是由

用户的应用习惯、应用环境、市场形式等外围

因素来决定的。
  一、DIP双列直插式封装
  DIP(DualIn-line Package)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(IC)均采用这种封装形式,其

引脚数一般不超过100个。采用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

坏引脚。
  DIP封装具有以下特点:
  1.适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接,操

作方便。
  2.芯片面积与封装面积之间的比值较大,

故体积也较大。
  Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式

,缓存(Cache)和早期的内存芯片也是这种封装

形式。
  二、QFP塑料方型扁平式封装和PFP塑料扁

平组件式封装
  PQFP(Plastic Quad Flat Package)封

装的芯片引脚之间距离很小,管脚很细,一般

大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式

,其引脚数一般在100个以上。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。
  PFP(Plastic Flat Package)方式封装

的芯片与QFP方式基本相同。唯一的区别是QFP

一般为正方形,而PFP既可以是正方形,也可以

是长方形。
  QFP/PFP封装具有以下特点:
  1.适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上

安装布线。
  2.适合高频使用。
  3.操作方便,可靠性高。
  4.芯片面积与封装面积之间的比值较小。
  Intel系列CPU中80286、80386和某些486

主板采用这种封装形式。
  三、PGA插针网格阵列封装
  PGA(Pin Grid Array Package)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。

根据引脚数目的多少,可以围成2-5圈。安装时

,将芯片插入专门的PGA插座。为使CPU能够更

方便地安装和拆卸,从486芯片开始,出现一种

名为ZIF的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。把这种插座上的扳手轻轻抬

起,CPU就可很容易、轻松地插入插座中。然后

将扳手压回原处,利用插座本身的特殊结构生

成的挤压力,将CPU的引脚与插座牢牢地接触,

绝对不存在接触不良的问题。而拆卸CPU芯片只

需将插座的扳手轻轻抬起,则压力解除,CPU芯

片即可轻松取出。
  PGA封装具有以下特点:
  1.插拔操作更方便,可靠性高。
  2.可适应更高的频率。
  Intel系列CPU中,80486和Pentium、

Pentium Pro均采用这种封装形式。
  四、BGA球栅阵列封装
  随着集成电路技术的发展,对集成电路的

封装要求更加严格。这是因为封装技术关系到

产品的功能性,当IC的频率超过100MHz时,传

统封装方式可能会产生所谓的“CrossTalk”现

象,而且当IC的管脚数大于208 Pin时,传统的

封装方式有其困难度。因此,除使用QFP封装方

式外,现今大多数的高脚数芯片(如图形芯片

与芯片组等)皆转而使用BGA(Ball Grid

Array Package)封装技术。BGA一出现便成为

CPU、主板上南/北桥芯片等高密度、高性能、

多引脚封装的最佳选择。
  BGA封装技术又可详分为五大类:
  1.PBGA(Plasric BGA)基板:一般为2-4

层有机材料构成的多层板。Intel系列CPU中,

Pentium II、III、IV处理器均采用这种封装

形式。
  2.CBGA(CeramicBGA)基板:即陶瓷基板

,芯片与基板间的电气连接通常采用倒装芯片

(FlipChip,简称FC)的安装方式。Intel系

列CPU中,Pentium I、II、Pentium Pro处理

器均采用过这种封装形式。
  3.FCBGA(FilpChipBGA)基板:硬质多层

基板。
  4.TBGA(TapeBGA)基板:基板为带状软质

的1-2层PCB电路板。
  5.CDPBGA(Carity Down PBGA)基板:指

封装中央有方型低陷的芯片区(又称空腔区)


  BGA封装具有以下特点:
  1.I/O引脚数虽然增多,但引脚之间的距离

远大于QFP封装方式,提高了成品率。
  2.虽然BGA的功耗增加,但由于采用的是可

控塌陷芯片法焊接,从而可以改善电热性能。
  3.信号传输延迟小,适应频率大大提高。
  4.组装可用共面焊接,可靠性大大提高。
  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。
  五、CSP芯片尺寸封装
  随着全球电子产品个性化、轻巧化的需求

蔚为风潮,封装技术已进步到CSP(Chip Size

Package)。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封装又可分为四类:
  1.Lead Frame Type(传统导线架形式),

代表厂商有富士通、日立、Rohm、高士达

(Goldstar)等等。
  2.Rigid Interposer Type(硬质内插板型

),代表厂商有摩托罗拉、索尼、东芝、松下等

等。
  3.Flexible Interposer Type(软质内插

板型),其中最有名的是Tessera公司的

microBGA,CTS的sim-BGA也采用相同的原理。

其他代表厂商包括通用电气(GE)和NEC。
  4.Wafer Level Package(晶圆尺寸封装)

:有别于传统的单一芯片封装方式,WLCSP是将

整片晶圆切割为一颗颗的单一芯片,它号称是

封装技术的未来主流,已投入研发的厂商包括

FCT、Aptos、卡西欧、EPIC、富士通、三菱电

子等。
  CSP封装具有以下特点:
  1.满足了芯片I/O引脚不断增加的需要。
  2.芯片面积与封装面积之间的比值很小。
  3.极大地缩短延迟时间。
  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。
  六、MCM多芯片模块
  为解决单一芯片集成度低和功能不够完善

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

成多种多样的电子模块系统,从而出现MCM

(Multi Chip Model)多芯片模块系统。
  MCM具有以下特点:
  1.封装延迟时间缩小,易于实现模块高速

化。
  2.缩小整机/模块的封装尺寸和重量。
  3.系统可靠性大大提高。
  总之,由于CPU和其他超大型集成电路在不

断发展,集成电路的封装形式也不断作出相应

的调整变化,而封装形式的进步又将反过来促

进芯片技术向前发展。
  主板芯片的功能及工作原理
如果把中央处理器CPU比喻为整个电脑系统的心

脏,那么主板上的芯片组就是整个身体的躯干

。对于主板而言,芯片组几乎决定了这块主板

的功能,进而影响到整个电脑系统性能的发挥

,芯片组是主板的灵魂。
   芯片组(Chipset)是主板的核心组成部

分,按照在主板上的排列位置的不同,通常分

为北桥芯片和南桥芯片。北桥芯片提供对CPU的

类型和主频、内存的类型和最大容量、

ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠错等支持。南桥芯片

则提供对KBC(键盘控制器)、RTC(实时时钟

控制器)、USB(通用串行总线)、Ultra

DMA/33(66)EIDE数据传输方式和ACPI(高级能

源管理)等的支持。其中北桥芯片起着主导性

的作用,也称为主桥(Host Bridge)。
   芯片组的识别也非常容易,以Intel440BX

芯片组为例,它的北桥芯片是Intel 82443BX芯

片,通常在主板上靠近CPU插槽的位置,由于芯

片的发热量较高,在这块芯片上装有散热片。

南桥芯片在靠近ISA和PCI槽的位置,芯片的名

称为Intel 82371EB。其他芯片组的排列位置基

本相同。对于不同的芯片组,在性能上的表现

也存在差距。
    芯片组的发展
  除了最通用的南北桥结构外,目前芯片组

正向更高级的加速集线架构发展,Intel的8xx

系列芯片组就是这类芯片组的代表,它将一些

子系统如IDE接口、音效、MODEM和USB直接接入

主芯片,能够提供比PCI总线宽一倍的带宽,达

到了266MB/s;此外,矽统科技的

SiS635/SiS735也是这类芯片组的新军。除支持

最新的DDR266,DDR200和PC133 SDRAM等规格

外,还支持四倍速AGP显示卡接口及Fast Write

功能、IDE ATA33/66/100,并内建了3D立体音

效、高速数据传输功能包含56K数据通讯

(Modem)、高速以太网络传输(Fast Ethernet)

、1M/10M家庭网络(Home PNA)等。

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