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1、千锋3G嵌入式移动互联网技术研发中心www.embedtrain.org www.mobiletrain.org嵌入式开发简述芯片封装技术简述芯片封装技术 封装形式详细说明 DIP封装 芯片载体封装 BGA封装 MCM的特点千锋3G嵌入式移动互联网技术研发中心www.embedtrain.org www.mobiletrain.org简述芯片封装技术 （一） 自从美国Intel公司1971年设计制造出4位 微处a理器芯片以来，在20多年时间内，CPU从 Intel4004、80286、80386、80486发展到 Pentium和Pentium，数位从4位、8位、16 位、32位发展到64位;
2、主频从几兆到今天的 400MHz以上，接近GHz;CPU芯片里集成的晶体 管数由2000个跃升到500万个以上;半导体制造技 术的规模由SSI、MSI、LSI、VLSI达到 ULSI。 封装的输入/输出（I/O）引脚从几十根，逐渐增 加到 几百根，下世纪初可能达2千根。这一切真 是一个翻天覆地的变化。千锋3G嵌入式移动互联网技术研发中心www.embedtrain.org www.mobiletrain.org对于CPU，读者已经很熟悉了，286、386、486、Pentium、 Pentium 、Celeron、K6、K6-2 相信您可以如数家珍似地列 出一长串。但谈到CPU和其他大规模集成
3、电路的封装，知道的人未 必很多。所谓封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅 起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还 是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁芯片上的接点用导线连 接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器 件建立连接。因此，封装对CPU和其他LSI集成电路都起着重要的 作用。 新一代CPU的出现常常伴随着新的封装形式的使用。 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
4、减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便 等等。千锋3G嵌入式移动互联网技术研发中心www.embedtrain.org www.mobiletrain.org封装形式详细说明 千锋3G嵌入式移动互联网技术研发中心www.embedtrain.org www.mobiletrain.orgDIP封装IP封装 70年代流行的是双列直插封装，简称 DIP(Dual In-line Package)。DIP封装结构具有以下特 点: 1.适合PCB的穿孔安装; 2.比TO型封装易于对PCB 布线; 3.操作方便 DIP封装结构形式有:多层陶瓷双列直 插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DI
5、P( 含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃 封装式)。 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。 以采用40根I/O引脚塑料包封双列直插式封装(PDIP)的 CPU为例，其芯片面积/封装面积=33/15.2450=1： 86,离1相差很远。不难看出，这种封装尺寸远比芯片 大，说明封装效率很低，占去了很多有效安装面积Intel公司这期间的CPU如8086、80286都采用PDIP封 装。千锋3G嵌入式移动互联网技术研发中心www.embedtrain.org www.mobiletrain.org芯片载体封装80年代出现了芯片载体封装，其
6、中有陶瓷无引线芯片载体 LCCC(Leadless Ceramic Chip Carrier)、塑料有引线芯片 载体PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)、小尺寸封装 SOP(Small Outline Package)、塑料四边引出扁平封装 PQFP(Plastic Quad Flat Package)，封装结构形式如图3 、图4和图5所示。 以0.5mm焊区中心距，208根I/O引脚的 QFP封装的CPU为例，外形尺寸2828mm，芯片尺寸 1010mm，则芯片面积/封装面积=1010/2828=1：7.8 ，由此可见QFP比DIP的封装尺寸大大减小。QFP的特
7、点 是: 1.适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线; 2.封装 外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应用; 3.操作方便 ; 4.可靠性高。 在这期间，Intel公司的CPU，如Intel 80386 就采用塑料四边引出扁平封装PQFP。千锋3G嵌入式移动互联网技术研发中心www.embedtrain.org www.mobiletrain.orgBGA封装BGA封装 90年代随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使 用，LSI、VLSI、ULSI相继出现，硅单芯片集成度不断提高，对集成电路 封装要求更加严格，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大。为满足发展 的需要，在原有封装品种
8、基础上，又增添了新的品种球栅阵列封装， 简称BGA(Ball Grid Array Package)。 BGA一出现便成为CPU、南北桥等 VLSI芯片的高密度、高性能、多功能及高I/O引脚封装的最佳选择。其特 点有: 1.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;2.虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，简称C4焊 接， 从而可以改善它的电热性能:3.厚度比QFP减少1/2以上，重量减轻 3/4以上;4.寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高;5.组装可 用共面焊接，可靠性高;6.BGA封装仍与QFP、PGA一样，占用基板面积 过大; Inte
9、l公司对这种集成度很高(单芯片里达300万只以上晶体管)，功耗 很大的CPU芯片，如Pentium、Pentium Pro、Pentium采用陶瓷针栅阵 列封装CPGA和陶瓷球栅阵列封装CBGA，并在外壳上安装微型排风扇散 热，从而达到电路的稳定可靠工作。 四、面向未来新的封装技术 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BGA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。千锋3G嵌入式移动互联网技术研发中心www.embedtrain.org www
10、.mobiletrain.org1994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(Chip Size Package或 Chip Scale Package)。CSP封装具有以下特点: 1.满足了LSI芯片 引出脚不断增加的需要;2.解决了IC裸芯片不能进行交流参数测试和 老化筛选的问题;3.封装面积缩小到BGA的1/4至1/10，延迟时间缩 小到极短。 曾有人想，当单芯片一时还达不到多种芯片的集成度 时，能否将高集成度
11、、高性能、高可靠的CSP芯片(用LSI或IC)和 专用集成电路芯片(ASIC)在高密度多层互联基板上用表面安装技术 (SMT)组装成为多种多样电子组件、子系统或系统。由这种想法产 生出多芯片组件MCM(Multi Chip Model)。它将对现代化的计算 机、自动化、通讯业等领域产生重大影响。千锋3G嵌入式移动互联网技术研发中心www.embedtrain.org www.mobiletrain.orgMCM的特点 1.封装延迟时间缩小，易于实现组件高速化; 2.缩小整机/组件封装尺寸和重量，一般体积减小1/4，重量减轻 1/3; 3.可靠性大大提高。 随着LSI设计技术和工艺的进步及深亚微米 技术和微细化缩小芯片尺寸等技术的使用，人们产生了将多个LSI 芯片组装在一个精密多层布线的外壳内形成MCM产品的想法。进 一步又产生另一种想法:把多种芯片的电路集成在一个大圆片上， 从而又导致了封装由单个小芯片级转向硅圆片级(wafer level)封装 的变革，由此引出系统级芯片SOC(System On Chip)和电脑级芯片 PCOC(PC On Chip)。 随着CPU和其他ULSI电路的进步，集成电 路的封装形式也将有相应的发展，而封装形式的进步又将反过来促 成芯片技术向前发展。
