1. 内存封装的类型
到了上个世纪80年代,内存第二代的封装技术TSOP出现,得到了业界广泛的认可,时至今日仍旧是内存封装的主流技术。TSOP是“Thin Small Outline Package”的缩写,意思是薄型小尺寸封装。TSOP内存是在芯片的周围做出引脚,采用SMT技术(表面安装技术)直接附着在PCB板的表面。TSOP封装外形尺寸时,寄生参数(电流大幅度变化时,引起输出电压扰动) 减小,适合高频应用,操作比较方便,可靠性也比较高。同时TSOP封装具有成品率高,价格便宜等优点,因此得到了极为广泛的应用。
TSOP封装方式中,内存芯片是通过芯片引脚焊接在PCB板上的,焊点和PCB板的接触面积较小,使得芯片向PCB办传热就相对困难。而且TSOP封装方式的内存在超过150MHz后,会产生较大的信号干扰和电磁干扰。 20世纪90年代随着技术的进步,芯片集成度不断提高,I/O引脚数急剧增加,功耗也随之增大,对集成电路封装的要求也更加严格。为了满足发展的需要,BGA封装开始被应用于生产。BGA是英文Ball Grid Array Package的缩写,即球栅阵列封装。
采用BGA技术封装的内存,可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍,BGA与TSOP相比,具有更小的体积,更好的散热性能和电性能。BGA封装技术使每平方英寸的存储量有了很大提升,采用BGA封装技术的内存产品在相同容量下,体积只有TSOP封装的三分之一;另外,与传统TSOP封装方式相比,BGA封装方式有更加快速和有效的散热途径。
BGA封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面,BGA技术的优点是I/O引脚数虽然增加了,但引脚间距并没有减小反而增加了,从而提高了组装成品率;虽然它的功耗增加,但BGA能用可控塌陷芯片法焊接,从而可以改善它的电热性能;厚度和重量都较以前的封装技术有所减少;寄生参数减小,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。
说到BGA封装就不能不提Kingmax公司的专利TinyBGA技术,TinyBGA英文全称为Tiny Ball Grid Array(小型球栅阵列封装),属于是BGA封装技术的一个分支,是Kingmax公司于1998年8月开发成功的,其芯片面积与封装面积之比不小于1:1.14,可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高2~3倍,与TSOP封装产品相比,其具有更小的体积、更好的散热性能和电性能。
采用TinyBGA封装技术的内存产品在相同容量情况下体积只有TSOP封装的1/3。TSOP封装内存的引脚是由芯片四周引出的,而TinyBGA则是由芯片中心方向引出。这种方式有效地缩短了信号的传导距离,信号传输线的长度仅是传统的TSOP技术的1/4,因此信号的衰减也随之减少。这样不仅大幅提升了芯片的抗干扰、抗噪性能,而且提高了电性能。采用TinyBGA封装芯片可抗高达300MHz的外频,而采用传统TSOP封装技术最高只可抗150MHz的外频。
TinyBGA封装的内存其厚度也更薄(封装高度小于0.8mm),从金属基板到散热体的有效散热路径仅有0.36mm。因此,TinyBGA内存拥有更高的热传导效率,非常适用于长时间运行的系统,稳定性极佳。 CSP(Chip Scale Package),是芯片级封装的意思。CSP封装最新一代的内存芯片封装技术,其技术性能又有了新的提升。CSP封装可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14,已经相当接近1:1的理想情况,绝对尺寸也仅有32平方毫米,约为普通的BGA的1/3,仅仅相当于TSOP内存芯片面积的1/6。与BGA封装相比,同等空间下CSP封装可以将存储容量提高三倍。
CSP封装内存不但体积小,同时也更薄,其金属基板到散热体的最有效散热路径仅有0.2毫米,大大提高了内存芯片在长时间运行后的可靠性,线路阻抗显着减小,芯片速度也随之得到大幅度提高。
CSP封装内存芯片的中心引脚形式有效地缩短了信号的传导距离,其衰减随之减少,芯片的抗干扰、抗噪性能也能得到大幅提升,这也使得CSP的存取时间比BGA改善15%-20%。在CSP的封装方式中,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。CSP封装可以从背面散热,且热效率良好,CSP的热阻为35℃/W,而TSOP热阻40℃/W。 WLCSP(Wafer Level Chip Scale Package,晶圆级芯片封装),这种技术不同于传统的先切割晶圆,再封装测试的做法,而是先在整片晶圆上进行封装和测试,然后再切割。WLCSP有着更明显的优势。首先是工艺工序大大优化,晶圆直接进入封装工序,而传统工艺在封装之前还要对晶圆进行切割、分类。所有集成电路一次封装,刻印工作直接在晶圆上进行,设备测试一次完成,这在传统工艺中都是不可想象的。其次,生产周期和成本大幅下降,WLCSP的生产周期已经缩短到1天半。而且,新工艺带来优异的性能,采用WLCSP封装技术使芯片所需针脚数减少,提高了集成度。WLCSP带来的另一优点是电气性能的提升,引脚产生的电磁干扰几乎被消除。采用WLCSP封装的内存可以支持到800MHz的频率,最大容量可达1GB!
2. 常见芯片封装有那几种各有什么特点
我们经常听说某某芯片采用什么什么的封装方式,在我们的电脑中,存在着各种各样不同处理芯片,那么,它们又是是采用何种封装形式呢?并且这些封装形式又有什么样的技术特点以及优越性呢?那么就请看看下面的这篇文章,将为你介绍个中芯片封装形式的特点和优点。
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
QFP(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。
结束语
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。
3. 内存的封装方式主要有
DIMM(双列直插存储模块)和SIMM相似,只是体积稍大。不同处在于SIMM的部分引脚前后连接在一起,而DIMM的每个引脚都是分开的,所以在电气性能上有较大改观,而且这样可以不用把模块做得很大就可以容纳更多的针脚,从而容易得到更大容量的RAM。
RIMM(Rambus直插式存储模块)其外形有点像DIMM,只是体积要大一点,性能更好,但价格昂贵,发热量较大。为了解决发热问题,模块上都有一个很长的散热片。
现在我们再回过头来看看内存颗粒的封装。
DIP
早期的内存颗粒也采用DIP(Dual In-line Package双列直插式封装),这种封装的外形呈长方形,针脚从长边引出,由于针脚数量少(一般为8~64针),且抗干扰能力极弱,加上体积比较“庞大”,所以DIP封装如昙花一现。
SIP
SIP(Single In-line Package单列直插封装)只从单边引出针脚,直接插入PCB板中,其封装和DIP大同小异。其吸引人之处在于只占据很少的电路板面积,然而在某些体系中,封闭式的电路板限制了SIP封装的高度和应用。加上没有足够的引脚,性能不能令人满意,很快退出了市场。
SOJ
从SOJ(Small Out-Line J-Lead小尺寸J形引脚封装)中伸出的引脚有点像DIP的引脚,但不同的是其引脚呈“J”形弯曲地排列在芯片底部四周,必须配合专门为SOJ设计的插座使用。
TSOP
在1980年代出现的TSOP封装(Thin Small Outline Package薄型小尺寸封装),由于更适合高频使用,以较强的可操作性和较高的可靠性征服了业界。TSOP的封装厚度只有SOJ的三分之一。TSOP内存封装的外形呈长方形,且封装芯片的周围都有I/O引脚。例如SDRAM内存颗粒的两侧都有引脚,而SGRAM内存颗粒的四边都有引脚,所以体积相对较大。在TSOP封装方式中,内存颗粒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板传热相对困难。
Tiny-BGA
Tiny-BGA(Tiny Ball Grid Array小型球栅阵列封装)是由 Kingmax推出的封装方式。由于Tiny-BGA封装减少了芯片的面积,可以看成是超小型的BGA封装。Tiny-BGA封装比起传统的封装技术有三大进步:更大的容量(在电路板上可以安放更多的内存颗粒);更好的电气性能(因为芯片与底板连接的路径更短,减小了电磁干扰的噪音,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,所以内存颗粒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)。
mBGA
mBGA(Micro Ball Grid Array微型球栅阵列封装)可以说是BGA的改进版,封装呈正方形,内存颗粒的实际占用面积比较小。由于采用这种封装方式内存颗粒的针脚都在芯片下部,连接短、电气性能好、也不易受干扰。这种封装技术会带来更好的散热及超频性能,尤其适合工作于高频状态下的Direct RDRAM,但制造成本极高,目前主要用于Direct RDRAM。
CSP
CSP(Chip Scale Package芯片级封装)是一种新的封装方式。在BGA、TSOP的基础上,CSP封装的性能又有了革命性的提升。CSP封装可以让芯片面积与封装面积之比超过1∶1.14,接近1∶1的理想情况,绝对尺寸也仅有32平方毫米,约为普通的BGA的1/3,相当于TSOP内存颗粒面积的1/6。这样在相同体积下,内存条可以装入更多的内存颗粒,从而增大单条容量。也就是说,与BGA封装相比,同等空间下CSP封装可以将存储容量提高3倍。而且,CSP封装的内存颗粒不仅可以通过PCB板散热还可以从背面散热,且散热效率良好。同时由于JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council,电子设备工程联合委员会)制定的DDRⅡ技术规范,加上TSOP-Ⅱ封装会在DDRⅡ成为市场主流时彻底退出市场,所以CSP的改良型WLCSP将会担当起新的封装大任。同时WLCSP有着比CSP更为贴近芯片尺寸的封装方法,在晶圆上就做好了封装布线,因此在可靠性方面达到了更高的水平。
4. 常见芯片封装有哪几种
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
QFP(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。
芯片封装分类
1,按芯片的装载方式;
裸芯片在装载时,它的有电极的一面可以朝上也可以朝下,因此,芯片就有正装片和倒装片之分,布线面朝上为正装片,反之为倒装片.
另外,裸芯片在装载时,它们的电气连接方式亦有所不同,有的采用有引线键合方式,有的则采用无引线键合方式
2,按芯片的基板类型;
基板的作用是搭载和固定裸芯片,同时兼有绝缘,导热,隔离及保护作用.它是芯片内外电路连接的桥梁.从材料上看,基板有有机和无机之分,从结构上看,基板有单层的,双层的,多层的和复合的.
3,按芯片的封接或封装方式;
裸芯片裸芯片及其电极和引线的封装或封接方式可以分为两类,即气密性封装和树脂封装,而气密性封装中,根据封装材料的不同又可分为:金属封装,陶瓷封装和玻璃封装三种类型.
前三类属一级封装的范畴,涉及裸芯片及其电极和引线的封装或封接,
4,按芯片的外型结构;
按芯片的外型,结构分大致有DIP,SIP,ZIP,S-DIP,SK-DIP,PGA, 其中前6种属引脚插入型
SOP,MSP,QFP,SVP,LCCC,PLCC,SOJ,BGA,CSP, , ,随后的9种为表面贴装型:
DIP:双列直插式封装.顾名思义,该类型的引脚在芯片两侧排列,是插入式封装中最常见的一种,引脚节距为2.54 mm,电气性能优良,又有利于散热,可制成大功率器件.
SIP:单列直插式封装.该类型的引脚在芯片单侧排列,引脚节距等特征与DIP基本相同.ZIP:Z型引脚直插式封装.该类型的引脚也在芯片单侧排列,只是引脚比SIP粗短些,节距等特征也与DIP基本相同.
S-DIP:收缩双列直插式封装.该类型的引脚在芯片两侧排列,引脚节距为1.778 mm,芯片集成度高于DIP.
SK-DIP:窄型双列直插式封装.除了芯片的宽度是DIP的1/2以外,其它特征与DIP相同.PGA:针栅阵列插入式封装.封装底面垂直阵列布置引脚插脚,如同针栅.插脚节距为2.54 mm或1.27mm,插脚数可多达数百脚.用于高速的且大规模和超大规模集成电路.
SOP:小外型封装.表面贴装型封装的一种,引脚端子从封装的两个侧面引出,字母L状.引脚节距为1.27mm.
MSP:微方型封装.表面贴装型封装的一种,又叫QFI等,引脚端子从封装的四个侧面引出,呈I字形向下方延伸,没有向外突出的部分,实装占用面积小,引脚节距为1.27mm.
QFP:四方扁平封装.表面贴装型封装的一种,引脚端子从封装的两个侧面引出,呈L字形,引脚节距为1.0mm,0.8mm,0.65mm,0.5mm,0.4mm,0.3mm,引脚可达300脚以上.
SVP:表面安装型垂直封装.表面贴装型封装的一种,引脚端子从封装的一个侧面引出,引脚在中间部位弯成直角,弯曲引脚的端部与PCB键合,为垂直安装的封装.实装占有面积很小.引脚节距为0.65mm,0.5mm .
LCCC:无引线陶瓷封装载体.在陶瓷基板的四个侧面都设有电极焊盘而无引脚的表面贴装型封装.用于高速,高频集成电路封装.
PLCC:无引线塑料封装载体.一种塑料封装的LCC.也用于高速,高频集成电路封装.
SOJ:小外形J引脚封装.表面贴装型封装的一种,引脚端子从封装的两个侧面引出,呈J字形,引脚节距为1.27mm.
BGA:球栅阵列封装.表面贴装型封装的一种,在PCB的背面布置二维阵列的球形端子,而不采用针脚引脚.焊球的节距通常为1.5mm,1.0mm,0.8mm,与PGA相比,不会出现针脚变形问题.
CSP:芯片级封装.一种超小型表面贴装型封装,其引脚也是球形端子,节距为0.8mm,0.65mm,0.5mm等.
TCP等,最后一种是TAB型
TCP:带载封装.在形成布线的绝缘带上搭载裸芯片,并与布线相连接的封装.与其他表面贴装型封装相比,芯片更薄,引脚节距更小,达0.25mm,而引脚数可达500针以上.
5,按芯片的封装材料
按芯片的封装材料分有金属封装,陶瓷封装,金属-陶瓷封装,塑料封装.
金属封装:金属材料可以冲,压,因此有封装精度高,尺寸严格,便于大量生产,价格低廉等优点.
陶瓷封装:陶瓷材料的电气性能优良,适用于高密度封装.
金属-陶瓷封装:兼有金属封装和陶瓷封装的优点.
塑料封装:塑料的可塑性强,成本低廉,工艺简单,适合大批量生产.
后二类属二级封装的范畴,对PCB设计大有用处,
5. 闪存和存储的芯片封装测试什么样
内存,先制造晶圆,随后将芯片的电路元件(晶体管、电阻器和电容器)置于硅晶圆片的分层结构中。构筑电路之前,需先在计算机上对电路进行研发、模拟测试和完善。设计完成后,将制造玻璃光掩模——并为每层电路准备一块光掩模。光掩模是带有小孔或透明体的不透光板,可以让光线以特定形状透过。在无菌的洁净室环境中,晶圆片将经过多步光蚀刻程序的处理,电路每需要一块光掩模即重复一次。光掩模可用于 (a) 确定用于构建集成电路的晶体管、电容器、电阻器或连接器的不同部件,及 (b) 定义设备组装的各层电路图案。接下来,晶圆片将被统一覆盖一层具有一定厚度的光敏液体,称为光刻胶。通过将紫外线光源和晶圆片之间的光掩模对齐,选择晶圆片的暴露部分。光线将穿过该光掩模的透明区域,并将光刻胶暴露在光线中。暴露在紫外线中时,光刻胶将发生化学变化,从而让显影液将曝光的光刻胶去除,并在晶圆片上留下未曝光的部分。电路每多一块光掩模,就需要多重复一次光刻法/光刻胶程序。蚀刻流程中,将在晶圆片上放置湿酸或干离子气体,以去除不受硬化的光刻胶保护的氮化层部分。该操作将在晶圆片上留下与所设计的光掩模形状一致的氮化图案。使用其他化学剂将硬化的光刻胶去除(清除)后,便可以将数以百计的内存芯片以蚀刻的方式嵌入晶圆片上了。在制造流程的第 I 部分中,所有电路元件(晶体管、电阻器和电容器)均在首次掩膜操作中完成构建。接下来,通过生成一组分层,将这些元件连接起来。要开始连接电路元件,需先在晶圆片上覆盖一层玻璃绝缘层(被称为 BPSG),并用接触式掩模确定每个电路元件的接触点(或接触窗)。完成接触窗蚀刻后,整个晶圆片将在一个溅射室内镀上一层薄薄的铝。对铝层加盖金属掩模时,将形成一个薄薄的金属连接或线路网络,构成电路的路径。整个晶圆片随后将覆盖一层玻璃和氮化硅以避免其在组装过程中受损。该保护层被称为钝化层。随后则是最后的掩模和钝化蚀刻程序,从端子(也被称为焊盘)上去除钝化材料。将焊盘用于模具至塑料或陶瓷封装上金属引脚的电气连接,集成电路此时即告完成。将晶圆片发往模具组装前,必须对晶圆片上的每个集成电路进行测试。识别功能和非功能性芯片,并在计算机数据文件中做出标记。然后用金刚石锯将晶圆片切割成独立的芯片。非功能性芯片将被废弃,其余部分则可用于组装。这些独立芯片被称为晶粒。对晶粒进行封装前,会将其安装于引线框上,并用薄金线将芯片上的焊盘与该框相连接,从而在晶粒和引线指之间形成电路。
CPU也是一样,先是制造晶圆,然后影印(Photolithography) 蚀刻(Etching)在经过热处理得到的硅氧化物层上面涂敷一种光阻(Photoresist)物质,紫外线通过印制着CPU复杂电路结构图样的模板照射硅基片,被紫外线照射的地方光阻物质溶解。而为了避免让不需要被曝光的区域也受到光的干扰,必须制作遮罩来遮蔽这些区域。这是个相当复杂的过程,每一个遮罩的复杂程度得用10GB数据来描述。接下来停止光照并移除遮罩,使用特定的化学溶液清洗掉被曝光的光敏抗蚀膜,以及在下面紧贴着抗蚀膜的一层硅。然后,曝光的硅将被原子轰击,使得暴露的硅基片局部掺杂,从而改变这些区域的导电状态,以制造出N井或P井,结合上面制造的基片,CPU的门电路就完成了。为加工新的一层电路,再次生长硅氧化物,然后沉积一层多晶硅,涂敷光阻物质,重复影印、蚀刻过程,得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构。重复多遍,形成一个3D的结构,这才是最终的CPU的核心。每几层中间都要填上金属作为导体。Intel的Pentium 4处理器有7层,而AMD的Athlon 64则达到了9层。这时的CPU是一块块晶圆,它还不能直接被用户使用,必须将它封入一个陶瓷的或塑料的封壳中,这样它就可以很容易地装在一块电路板上了。封装结构各有不同,但越高级的CPU封装也越复杂,新的封装往往能带来芯片电气性能和稳定性的提升,并能间接地为主频的提升提供坚实可靠的基础。
看清了没有,关键是在影印、蚀刻、分层时,制作的电路是不一样的。CPU复杂电路结构图样的模板比内存芯片的复杂多了。
6. 内存封装颗粒csp与bga的区别
1、意思不同:
CSP(Chip Scale Package)封装是芯片级封装。
BGA (Ball Grid Array)是高密度表面装配封装技术。
2、产品特点不同:
CSP产品特点是体积小。
BGA产品特点是高密度表面装配。
3、名称不同:
CSP的中文名称是CSP封装。
BGA的中文名称是BGA封装技术。
(6)存储晶圆封装技术扩展阅读:
CSP的特点:
1、体积小,在各种封装中,CSP是面积最小,厚度最小,因而是体积最小的封装。
2、输入/输出端数可以很多,在相同尺寸的各类封装中,CSP的输入/输出端数可以做得更多。
3、电性能好,CSP内部的芯片与封装外壳布线间的互连线的长度比QFP或BGA短得多,因而寄生参数小,信号传输延迟时间短,有利于改善电路的高频性能。
4、热性能好,CSP很薄,芯片产生的热可以很短的通道传到外界。
5、CSP不仅体积小,而且重量轻。
7. 为什么要重视晶圆级封装
晶圆片级芯片规模封装技术(WLCSP)
Wafer-Level Chip Scale Packaging Technology
WLCSP(Wafer Level Chip Scale Packaging)即晶圆级芯片封装方式,不同于传统的芯片封装方式(先切割再封测,而封装后至少增加原芯片20%的体积),此种最新技术是先在整片晶圆上进行封装和测试,然后才切割成一个个的IC颗粒,因此封装后的体积即等同IC裸晶的原尺寸。WLCSP的封装方式,不仅明显地缩小内存模块尺寸,而符合行动装置对于机体空间的高密度需求;另一方面在效能的表现上,更提升了数据传输的速度与稳定性。
WLCSP的特性优点
-原芯片尺寸最小封装方式:
WLCSP晶圆级芯片封装方式的最大特点便是有效地缩减封装体积,故可搭配于行动装置上而符合可携式产品轻薄短小的特性需求。
-数据传输路径短、稳定性高:
采用WLCSP封装时,由于电路布线的线路短且厚(标示A至B的黄线),故可有效增加数据传输的频寛减少电流耗损,也提升数据传输的稳定性。
散热特性佳
由于WLCSP少了传统密封的塑料或陶瓷包装,故IC芯片运算时的热能便能有效地发散,而不致增加主机体的温度,而此特点对于行动装置的散热问题助益极大。