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集成电路封装技术

封装技术是一种用绝缘塑料或陶瓷材料包装集成电路的技术。以CPU例如,实际的体积和外观并不是真实的CPU内核的大小和外观,但CPU内核等元件包装后的产品。芯片封装技术是必要的,也是至关重要的。由于芯片必须与外界隔离,以防止空气中杂质腐蚀芯片电路,导致电气性能下降。另一方面,包装芯片也更容易安装和运输。由于包装技术的质量也直接影响芯片本身的性能和连接PCB(印刷电路板)的设计和制造非常重要。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片的外壳。它不仅起着放置、固定、密封、保护芯片、提高导热性的作用,而且通过印刷电路板上的导线与其他设备连接。因此,封装技术是许多集成电路产品的关键环节

集成电路封装:

金字塔的尖顶和金字塔的基座位于电子学金字塔中。这两个位置都有充分的依据。从电子元件(如晶体管)的密度来看,IC它代表了电子学的前沿。但是IC它也是一个起点,一个基本的结构单元,是我们生活中大多数电子系统的基础。同样,IC不仅仅是单块芯片或者基本电子结构,IC类型千差万别(模拟电路、数字电路、射频电路、传感器等。),所以对包装的要求和要求也不一样

编辑注意事项 1.芯片面积与封装面积的比率应尽可能接近1:1 2.引脚应尽可能短,以减少延迟,引脚之间的距离应尽可能远,以确保相互干扰,提高性能 3.根据散热要求,封装越薄越好

作为计算机的重要组成部分,CPU性能直接影响计算机的整体性能。CPU制造过程的最后一步也是最关键的一步CPU采用不同包装技术的包装技术CPU,性能差距很大。只有高质量的包装技术才能生产出完美的包装技术CPU产品。

DIP技术 DIP封装(Dual In-line Package),又称双列直接插入式包装技术,是指采用双列直接插入式包装的集成电路芯片,绝大多数中小型集成电路采用这种包装形式,其引脚数一般不超过100。DIP封装的CPU芯片有两排引脚,需要插入DIP芯片插座的结构。当然,焊接也可以直接插入具有相同焊孔数和几何排列的电路板上。DIP插入芯片插座时,应特别小心封装芯片,以免损坏管脚。DIP包装结构有:多层陶瓷双列直插式DIP,双列直插单层陶瓷DIP,引线框架式DIP(包括玻璃陶瓷封接、塑料封接结构、陶瓷低熔玻璃封装)等。 LED封装 DIP包装具有以下特点: 1.适合在PCB(印刷电路板)穿孔焊接,操作方便。 2.芯片面积与封装面积的比值较大,因此体积也较大。 QFP/PFP技术 QFP技术的中文含义是方形扁平 [1] 平式包装技术(Plastic Quad Flat Package),QFP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。以这种形式包装的芯片必须使用SMD(表面安装设备技术)将芯片主板焊接。采用SMD安装的芯片不需要在主板上打孔,主板表面一般有设计好的相应管脚焊点。将芯片脚对准相应的焊点,实现与主板的焊接。如果没有专用工具,用这种方法焊接的芯片很难拆卸。 PFP英文全称技术Plastic Flat Package,中文意思是塑料扁平组件包装。这种技术包装的芯片也必须使用SMD该技术将芯片焊接到主板上。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盘。将芯片脚对准相应的焊盘,实现与主板的焊接。如果没有专用工具,用这种方法焊接的芯片很难拆卸。以上技术QFP技术基本相似,但外观包装形状不同。 QFP/PFP包装具有以下特点: 1. 适用于SMD表面安装技术在PCB布线安装在电路板上。 2.包装尺寸小,寄生参数减少,适用于高频应用。 3.操作方便,可靠性高。 4.芯片面积与封装面积的比值较小。Intel系列CPU这种包装形式用于中80286、80386和一些486主板。 [1] PGA技术 该技术又称插针网格阵列封装技术(Ceramic Pin Grid Arrau Package),该技术包装的芯片内外有多个方形插针,每个方形插针沿芯片周围的间隔排列一定的距离。根据管脚的数量,可以围成2~5圈。安装时,将芯片插入专用芯片PGA插座。为了使得CPU从486芯片开始,安装拆卸更方便,出现了一种ZIF CPU专门用于满足的插座PGA封装的CPU安装拆卸要求。该技术一般用于插拔操作频繁的场合。 PGA包装具有以下特点: 1.插拔操作更方便,可靠性高; 2.能适应更高的频率; 3.如果采用导热性好的陶瓷基板,也能满足高速大功率设备的要求; 4.由于该包装有向外伸出的引脚,一般采用插入式安装,而不是表面安装; 5.如果使用陶瓷基板,价格相对较高,所以主要用于更特殊的用途。它也分为两种类型:显示引脚型和表面装型。 BGA技术 BGA技术(Ball Grid Array Package)即球栅阵列包装技术。该技术的出现已成为CPU、高密度、高性能、多引脚包装的最佳选择,如主板南、北桥芯片等。但BGA封装占地面积较大。尽管技术I/O引脚数量增加,但引脚之间的距离远远大于QFP,从而提高组装成品率。该技术采用可控塌陷芯片法焊接,可提高其电热性能。此外,该技术的组装可以通过共面焊接,可以大大提高包装的可靠性;以及该技术实现的包装CPU信号传输延迟小,适应频率可大大提高。 BGA包装具有以下特点: 1.I/O虽然引脚数量增加了,但引脚之间的距离远远大于QFP包装方法提高了成品率 2.虽然BGA功耗增加,但由于采用可控坍塌芯片法焊接,可以提高电热性能 3.信号传输延迟小,适应频率大大提高 4.组装可采用共面焊接,可靠性大大提高 BGA包装的缺点:BGA封装仍与QFP、PGA同样,基板面积太大;塑料BGA包装翘曲是其主要缺陷,即锡球的共面性。共面性的标准是减少翘曲和改进BGA应研究塑料、和基板材料应研究包装的特点,以最佳化这些材料。同时,由于基板成本高,价格也很高。 SFF技术

SFF是Small Form Factor英特尔称之为小包装技术。小包装技术是英特尔在包装移动处理器过程中采用的一种特殊技术。它可以将包装尺寸缩小到普通尺寸的40%左右,而不影响处理器的性能,从而推动移动产品中其他部件的尺寸一起缩小,最终使终端产品更轻、更小、更时尚,并支持更丰富的外观和材料设计。

国内外比较 中国包装技术与国外包装技术的差距 1.包装技术人才严重短缺,缺乏工艺改进工具培训,不断提高培训资金和手段。 2.先进的包装设备、包装材料及其产业链滞后,配套设施不完善,质量不稳定。 (3)包装技术研发能力不足,生产工艺设计不全,可操作性差,执行能力弱。 (4)封装设备维修能力差,缺乏经验丰富的维修工程师,可靠性实验设备不完善,故障分析(FA)能力不足。 (5)除个别企业外,国内包装企业一般规模较小,从事低端产品生产,可持续发展能力低,缺乏向高端发展的技术和资金。 (6)缺乏团队精神、流程整合、持续改进、精细管理、现代企业管理机制和理念。 微电子包装编辑 微电子封装通常有五种功能,即电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和环保。 1.电源分配 微电子包装应首先连接电源,使芯片和电路流通电流。其次,微电子包装的不同部件 需要的电源不同,需要适当分配不同部位的电源,以减少不必要的电源损耗,这是多层布置的 线基板尤为重要。同时,还应考虑接地线的分配。 2.信号分配 为了尽可能减少电信号延迟,信号线与芯片之间的互连路径和包装应尽可能减少I/O路径最短。对于高频信号,还应考虑信号之间的串扰,以便合理分配信号布线和接地线。 3.散热通道 各种微电子包装应考虑如何在设备和部件长期工作时释放聚集的热量。不同的包装结构和材料具有不同的散热效果。对于功耗大的微电子包装,还应考虑附加热沉或强制风冷和水冷,以确保系统在使用温度要求范围内正常工作。 4.机械支撑 微电子包装可为芯片和其它部件提供坚固可靠的机械支撑,并能适应各种工作环境和条件的变化。 5.环境保护 半导体设备和电路的许多参数,如突破电压、反向电流、电流放大系数、噪声等,以及设备的稳定性和可靠性,与半导体表面的状态直接相关。半导体设备和电路制造过程中的许可 多工艺措施也针对半导体的表面问题。半导体芯片制造出来后,在包装之前,总是 它们都受到周围环境的威胁。在使用中,有些环境条件极其恶劣,芯片必须严格密封和密封。因此,微电子包装对芯片的环境保护尤为重要。 IC促进微电子封装的发展 反映IC发展水平通常是基于IC基于集成度和相应的特征尺寸。集成决定IC特征尺寸标志着工艺水平。自20世纪70年代以来,IC特征尺寸几乎每四年缩小一半。RAM、DRAM和MPU集成度每年分别增加50%和35%,每三年推出新一代DRAM。但集成增长速度快,特征尺寸缩小缓慢,使集成增长速度慢IC随着集成度的提高,单芯片的面积也在增加,每年增加约13%。同时,随着IC集成度和功能的提高,IC的I/O数量也增加了,相应的微电子封装I/0引脚数也随之增加。例如,一个50万门阵列的集成IC需要700个芯片。I/O微电子封装引脚。这样高的I/0引脚数,要把IC如果用大引脚节距和双侧引出的微电子封装并引出芯片包装(如2.54 mmDIP),显然,壳体大而重,安装面积不允许。从事微电子封装的专家必然要改进封装结构,如将双边引出改为四边引出,这就是后来的I,CCC、PL,CC和OFP,其I/O引脚节距也缩小到0.4 mm,甚至0.3mm,,随着IC的集成度和I/O进一步增加数量,然后继续缩小节距QFP工艺难以实施,或者组装焊接的成品率很低(如0.3mm的QFP组装焊接失效率高达6%e)。因此,封装引脚从四面引出发展为面阵引出,因此OFP即使相同尺寸的节距是1mm,也可以满足封装的要求I/O数的IC这是高速发展的先进要求BGA封装。 裸芯片技术有两种主要形式:一种是COB另一种是倒装技术(Flip chip)。 COB技术 用COB技术包装的裸芯片是芯片的主体和I/O端子在晶体上方,用导电/导热胶粘接裸芯片PCB上,凝固后,用 Bonder 机将金属丝(Al或Au)芯片分别连接在超声和热压的作用下I/O端子焊区和PCB在相应的焊盘上,试验合格后,再密封树脂胶。 与其它包装技术相比,COB技术有以下优点:价格低廉;约空间;工艺成熟。COB技术也存在不足,即需要另配焊接机及封装机,有时速度跟不上;PCB贴片对环境要求更为严格;无法维修等。 Flip chip 技术

Flip chip,又称为倒装片,与COB相比,芯片结构和I/O端(锡球)方向朝下,由于I/O引出端分布于整个芯片表面,故在封装密度和处理速度上Flip chip已达到顶峰,特别是它可以采用类似SMT技术的手段来加工,故是芯片封装技术及高密度安装的最终方向。90年代,该技术已在多种行业的电子产品中加以推广,特别是用于便携式的通信设备中。裸芯片技术是当今最先进的微电子封装技术。随着电子产品体积的进一步缩小,裸芯片的应用将会越来越广泛。

 

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