半導體封裝是指將通過測試的晶圓按照產品型號及功能需求加工得到獨立芯片的過程。封裝技術是一種將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包的技術。以CPU為例,實際看到的體積和外觀并不是真正的CPU內核的大小和面貌,而是CPU內核等元件經過封裝后的產品。封裝技術對于芯片來說是必須的,也是至關重要的。因為芯片必須與外界隔離,以防止空氣中的雜質對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面,封裝后的芯片也更便于安裝和運輸。由于封裝技術的好壞還直接影響到芯片自身性能的發揮和與之連接的PCB的設計和制造,因此它是至關重要的。
半導體封裝過程為來自晶圓前道工藝的晶圓通過劃片工藝后被切割為小的晶片,然后將切割好的晶片用膠水貼裝到相應的基板架的小島上,再利用超細的金屬導線或者導電性樹脂將晶片的接合焊盤連接到基板的相應引腳,并構成所要求的電路;然后再對獨立的晶片用塑料外殼加以封裝保護,塑封之后還要進行一系列操作,封裝完成后進行成品測試,通常經過入檢Incoming、測試Test和包裝Packing等工序,最后入庫出貨。
主流的封裝形式
一、DIP雙列直插式封裝:
DIP是指采用雙列直插形式封裝的集成電路芯片,絕大多數中小規模集成電路(IC)均采用這種封裝形式,其引腳數一般不超過100個。采用DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳,需要插入到具有DIP結構的芯片插座上。當然,也可以直接插在有相同焊孔數和幾何排列的電路板上進行焊接。DIP封裝的芯片在從芯片插座上插拔時應特別小心,以免損壞引腳。DIP封裝具有以下特點,適合在PCB(印刷電路板)上穿孔焊接,操作方便;芯片面積與封裝面積之間的比值較大,故體積也較大。Intel系列CPU中8088就采用這種封裝形式,緩存(Cache)和早期的內存芯片也是這種封裝形式。
二、BGA球柵陣列封裝:
隨著集成電路技術的發展,對集成電路的封裝要求更加嚴格。這是因為封裝技術關系到產品的功能性,當IC的頻率超過100MHz時,傳統封裝方式可能會產生所謂的“CrossTalk”現象,而且當IC的管腳數大于208Pin時,傳統的封裝方式有其困難度。因此,除使用QFP封裝方式外,現今大多數的高腳數芯片(如圖形芯片與芯片組等)皆轉而使用BGA封裝技術。BGA一出現便成為CPU、主板上南/北橋芯片等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。BGA封裝具有以下特點,I/O引腳數雖然增多,但引腳之間的距離遠大于QFP封裝方式,提高了成品率;雖然BGA的功耗增加,但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接,從而可以改善電熱性能;信號傳輸延遲小,適應頻率大大提高;組裝可用共面焊接,可靠性大大提高。
三、QFP封裝:
QFP封裝的芯片引腳之間距離很小,管腳很細,一般大規?;虺笮图呻娐范疾捎眠@種封裝形式,其引腳數一般在100個以上。用這種形式封裝的芯片必須采用SMD(表面安裝設備技術)將芯片與主板焊接起來。采用SMD安裝的芯片不必在主板上打孔,一般在主板表面上有設計好的相應管腳的焊點。將芯片各腳對準相應的焊點,即可實現與主板的焊接。用這種方法焊上去的芯片,如果不用專用工具是很難拆卸下來的。
四、PGA插針網格陣列封裝:
PGA芯片封裝形式在芯片的內外有多個方陣形的插針,每個方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列。根據引腳數目的多少,可以圍成2-5圈。安裝時,將芯片插入專門的PGA插座。為使CPU能夠更方便地安裝和拆卸,從486芯片開始,出現一種名為ZIF的CPU插座,專門用來滿足PGA封裝的CPU在安裝和拆卸上的要求。ZIF是指零插拔力的插座。把這種插座上的扳手輕輕抬起,CPU就可很容易、輕松地插入插座中。然后將扳手壓回原處,利用插座本身的特殊結構生成的擠壓力,將CPU的引腳與插座牢牢地接觸,絕對不存在接觸不良的問題。而拆卸CPU芯片只需將插座的扳手輕輕抬起,則壓力解除,CPU芯片即可輕松取出。
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原文標題:主流的半導體封裝形式有哪些?
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