【《集成电路封装的作用及常见的封装技术概述》3700字】

集成电路封装的作用及常见的封装技术概述目录TOC\o"1-3"\h\u31267集成电路封装的作用及常见的封装技术概述 1176561.1封装的概念和作用 163811.2封装的分类 277131.3常见的封装技术 3286721.3.1DIP封装和QFP封装 3265921.3.2SIP封装和PGA（插针网格阵列）封装 4168881.3.3QFN和FC封装 440831.3.4LCC封装和COB封装 5278801.3.5SO类型封装和3D封装 5118461.3.6CSP与WLP封装 61.1封装的概念和作用集成电路的封装：利用特定的工艺对芯片等一些精密的电路结构进行加工处理，将精密的器件进行固定，最终形成一个整体的模块并通过先前设置好的连接点与外界连通的一种工业技术。图1.1封装后的芯片如上图所示，封装好的芯片成为了一个独立的模块，且具有一定的电气特性。在封装过程中通过引脚与外电路相连接。集成电路封装一般由两大作用：一是起到集成电路芯片内键合点与外部进行电气连接的作用，第二个作用是使得芯片在稳定的环境中工作，使集成电路芯片能正常运行，保证它的稳定性。集成电路封装的好坏对集成电路总体有很大的影响。封装较好芯片具有的抗腐蚀性、散热性、机械性和电性能的优点。采用较好的封装材料，可以实现隔绝外部的伤害和合理分布引脚使其在安装时容易处理这些功能。反之，封装较差的芯片在稳定性，质量以及性能上都会存在很大的劣势。[5]图1.2损坏的芯片如上图所示，由于封装工艺的不恰当，导致芯片的质量大幅度下降，在一些负载较高的信息处理过程中，芯片产生了不可逆的损伤。现在的芯片封装，是指集成电路芯片的外壳，是连接芯片内外的桥梁。由于各种设备的不同功能，集成电路封装要充分适应电子整机的需求和发展，其结构和组装也必须多种多样。插入式发展可以分为相线两侧垂直引出、引线两面平伸引出、引线底面垂直引出、引线单面垂直引出，相线两侧垂直引出分为陶瓷双列、陶瓷熔封两列、塑料双列、金属双列、塑料缩小型双列、塑料缩体型双列，引线两面平伸引出分为陶瓷扁平、陶瓷熔封扁平、塑料扁平、金属扁平，引线底面垂直引出分为陶瓷单列、塑料“Z”形引线、金属四列、金属圆形、金属菱形、金属四边引线圆形、陶瓷针栅阵列、塑料针栅阵列，引线单面垂直引出分为金属引线单面引出扁平和塑料弯引线单列。[6]1.2封装的分类集成电路的封装能够保护芯片。良好的封装技术嫩能够消除外界污染物对芯片参数和性能的影响。芯片封装能够实现电路中电流的合理分配，电路信号的有向传输以及给芯片提供一个良好的工作环境[7]。封装一般分为以下几种类型：1按使用的材料分类：金属封装、陶瓷封装和塑料封装。2按密封方式分类：气密封装和树脂封装。3按外部的尺寸、结构分类：引脚插入、表面封装和高级封装。4按封装芯片的数量分类：单芯片封装与多芯片封装。5按引脚分布分类：单边引脚，双边引脚，四边引脚，底部引脚封装。1.3常见的封装技术1.3.1DIP封装和QFP封装双列直插式封装(简称DIP)：DIP封装是一种插入式封装，最流行的插件式封装，其引脚分布于封装的两侧。用到的材料包含两种：塑料和陶瓷。DIP封装结构包括多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架DIP（包括玻璃陶瓷封装，塑料封装结构和陶瓷低熔点玻璃封装）。PCB（印刷电路板）的多孔封装在当时就是使用这个封装，操作和布线很方便，芯片面积与封装面积之比大，并且体积大。但是封装面积和厚度较大，在插拔引脚时很容易被损坏，可靠性太低。另外，因为封装的工艺对这个封装方法会产生影响，所以引脚数一般在一百以内。DIP封装之所以迅速退出集成电路封装市场，是因为CPU内部的高度集成。这些“足迹”只能在旧的VGA/SVGA卡或bios芯片上找到。[8]图1.3.1双列直插式封装DIP封装是最受欢迎的插入式封装（即插针），其从两侧拉出，并采用塑料和陶瓷两种封装材料。按照封装结构可以分为多层陶瓷、单层陶瓷、引线框架式，优良性能和高可靠性使其成为最早采用的芯片封装形式。QFP封装（如图1.2所示）：由于该技术实现的CPU芯片的针脚到针脚的距离很小并且针脚很细，因此它被用于大规模的集成电路和超大规模的集成电路中。在大型集成电路中，引脚数一般在100之外。特点有适用于SMD（表面贴装设备）表面贴装技术，用于在PCB电路板上安装布线，适合高频使用，操作方便，可靠性高，芯片面积与封装面积之比很小。QFP封装是一种四边扁平封装。该技术实现的CPU芯片引脚之间距离很小，管教很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚一般都在100以上。该技术封装CPU时操作方便，可靠性高；而且其封装外形较小，适合高频应用。组成它的封装材料有塑料、金属和陶瓷，方形的外表使其具有更高的密度，但是边角处在运输和操作过程中容易损坏，在保护边角处引脚的同时成本也在提高。[9]1.3.2SIP封装和PGA（插针网格阵列）封装SIP封装（如图1.3.2所示）：将引脚从封装主体的一侧拉出，并以直线放置。插针中心间距为1.54毫米，插针数量为2到23。大多数是定制产品。SIP插座占用板子的一小部分区域，易于插入和移除，并且过程简单易行。图1.3.2采用SIP封装的器件如上图所示，SIP封装是一种电子封装方案，将多种功能芯片，包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能。其引脚从封装体的一侧引出，排列成一条直线。SIP封装优势有提高封装效率，布局布线减少设计的复杂并缩短实现时间，良好的抗化学腐蚀性能，性价比高。PGA封装：多个方阵状的引脚分布在芯片内外，根据引脚数可绕2-5圈。[10]安装时，将芯片插入PGA专用插座。486芯片具有ZIFCPU插槽，该技术主要在频繁执行插头操作时使用。功能：易于插入和拔出插头，可靠性高。能够适应处理高频率。1.3.3QFN和FC封装QFN（如图1.3.3所示）是一种无引线的四方平面封装。封装为方形或矩形，并在四个侧面具有电极触点。由于缺少引脚，因此该封装的面积比QFP小，并且比QFP小。特征是没有引脚的表面封装技术，PCB板的面积很小[11]。图1.3.3QFN（方形扁平无引脚）封装FC封装是一种倒装芯片，是图形加速芯片主要的封装格式。基于其独特的封装形式，芯片的背面可接触到空气直接散热。同时基板也可以透过金属层来提高散热效率，或在芯片背部加装金属散热片，更能进一步强化芯片散热的能力，大幅度提高芯片在高速运行的稳定性。1.3.4LCC封装和COB封装LCC封装（如图1.3.4所示）是支持平针封装设计的，在芯片的一端，平针向内弯曲，紧贴芯片，缩小封装面积的片状封装。该芯片的缺点是使用时的调试和焊接比较麻烦,也不是普通的设计印刷,而是用于直接焊接的PGA封装的结构转换使用基于铅的焊接和印刷，并且LCC封装芯片的铅基位于LCC结构的安装凹槽中，转换芯片的随时，不停地调试[12]。图1.3.4LCC封装COB封装是一种用来解决LED散热问题的技术。与表面黏着技术相比，它能够节省空间，简化封装操作并且提高热管理的效率。用于COB封装的导电或非导电粘合剂将裸芯片附着到互连板上，并通过引线键合连接它们。污染和人为破坏很容易将暴露在外的芯片受到影响，从而使芯片的功能发生损坏.因此，芯片和焊线必须用粘合剂密封。[13]1.3.5SO类型封装和3D封装SO类型与QFP形式的封装相似，一种表面封装型封装，一种芯片封装，两端均带有引脚。引脚以“l”形从包装的两侧突出，这种类型的封装，封装芯片的周围有很多旗杆制作特点,容易包装的动作可靠性较高的包装目前主流的方式之一，目前在一些内存型IC适用一般。3D晶圆级封装用于在同一封装中垂直堆叠三个或更多芯片而不改变封装尺寸的封装技术源自闪存的堆叠封装。3D封装的主要功能是高效、节能、大容量、高密度，每单位体积功能和应用的显着改进以及低成本.3D封装的分类主要有封装的一个普遍趋势是堆叠上的封装（pop），生产率低的芯片似乎有很强的弹出趋势。多芯片封装方法适用于密度高和性能好芯片。主要采用系统级封装（SIP）技术。利用这种技术，逻辑和存储设备可以在单独的过程中制造，并组合成一个SIP封装.现在的闪存大多采用将rom和ram放在同一封装中的多芯片封装(mcp)。[14]电子电路组成的各种小型零件的高密度多层相互连接,底板上微型焊接封装工程使用,高密度、高性能、可靠性高的微型电子产品(零件,组件,每个子系统每个系统在内),形成技术。1.3.6CSP与WLP封装CSP封装(如图1.3.5所示)是芯片级封装。与球栅种类封装相比，同等空间下CSP封装可以将存储容量提高三倍。同时也很薄，提高了散热性能，减小线路的阻抗，大幅提高芯片速度。它的电气性能相较球栅阵列封装有所增强，在相同的面积下，CSP封装的引脚比球栅阵列封装多很多。以其中心引脚的形式使信号的传导距离缩短，减少衰减，提升抗干扰和抗燥性能。柔性基板封装CSP是用柔性材料制成的，主要是塑料薄膜。在薄膜上制作有多层金属布线。采用TAB键合的CSP，使用周边焊盘芯片。刚性基板封装CSP（如图1.3.8所示）：硬质基片CSP的IC载体基片是用多层布线陶瓷或多层布线层压树脂板制成的。它的封装工艺流程与柔性基片完全相同，只有所需材料不同。[15]图1.3.5引线框架CSP引线框架CSP（如图1.3.6所示），使用类似常规塑封电路的引线框架，只是它的尺寸要小些，厚度也薄，并且它的指状焊盘深入到了芯片内部区域。圆片级CSP是先在圆片上进行封装，并以圆片的形式进行测试，老化筛选，其后再将圆片分割成单一的CSP电路。体积小，有很大