芯片封装

ssdgh · 发表于 2021-9-13 09:20

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高云FPGA芯片的封装
封装的作用与优点
安放、固定、密封、保护芯片、增强电热性能的作用，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。

封装对CPU和其他LSI(Large Scalc Integrat~on)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,经过一代代的发展，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，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便。

封装的常见类型
DIP双列直插式
DIP(Dual lnline-pin 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均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。
特点：
适合在PCB印刷电路板上穿孔焊接，操作方便
封装面积与芯片面积之间的比值较大，故体积也比较大

组件封装式
PQFP（Plastic Quad Flat Package塑料四方扁平包装）
这种封装的芯片引脚之间的距离很小，管脚很细，一般大规模或超大集成电路都采用这种封装形式，其引脚一般在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响应管脚的焊点。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，如果不用专用工具很难拆卸下来。

PFP(Plastic Flat Package塑料扁平包装)
该方式封装的芯片与PQFP方式基本相同。唯一的区别是PQFP一般为正方形，而PFP即可以是正方形也可以是长方形。
特点：
适合高频使用
芯片面积与封装面积之间的比值较小
操作方便，可靠性高

PGA插针网格式
PGA(Pin Grid Array Package)芯片封装
该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的距离排列。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。把这种插座的扳手轻轻抬起，CPU就可很容易地插入插座中。然后将扳手压回原处，利用插座本身的特殊构造生成挤压力，将CPU的引脚与插座牢牢地接触，绝不会存在操作不良的问题。而拆卸CPU芯片只需将插座的扳手轻轻抬起，则压力接触，CPU芯片即可轻松取出
特点:
可适用更高的频率
插拔操作更方便，可靠性高

BGA球珊阵列式
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“Cross Talk(串扰)”现象，而且当IC的管脚数大于208pin时，传统封装方式有其困难度，因此，除使用PQFP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）封装方式。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
⒈PBGA（Plastic 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。
⒉CBGA（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。
⒊FCBGA（FilpChipBGA）基板：硬质多层基板。
⒋TBGA（TapeBGA）基板：基板为带状软质的1-2层PCB电路板。
⒌CDPBGA（Carity Down PBGA）基板：指封装中央有方型低陷的芯片区（又称空腔区）。

特点：
⒈I/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。
⒉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。
⒊信号传输延迟小，适应频率大大提高。
⒋组装可用共面焊接，可靠性大大提高。

CSP芯片尺寸式
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
⒈Lead 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。
⒉Rigid 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。
⒊Flexible 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。
⒋Wafer 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。

特点：
⒈满足了芯片I/O引脚不断增加的需要。
⒉芯片面积与封装面积之间的比值很小。
⒊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、蓝牙（Bluetooth）等新兴产品中。

MCM多芯片模块式
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 Module）多芯片模块系统。

特点：
⒈封装延迟时间缩小，易于实现模块高速化。
⒉缩小整机/模块的封装尺寸和重量。
⒊系统可靠性大大提高。

分类方法
封装材料
塑料、陶瓷、玻璃、金属等，

封装形式
普通双列直插式，普通单列直插式，小型双列扁平，小型四列扁平，圆形金属，体积较大的厚膜电路等。

封装体积
最大为厚膜电路，其次分别为双列直插式，单列直插式，金属封装、双列扁平、四列扁平为最小。

引脚间距
普通标准型塑料封装，双列、单列直插式一般多为2.54±0.25 mm，其次有2mm（多见于单列直插式）、1.778±0.25mm（多见于缩型双列直插式）、1.5±0.25mm，或1.27±0.25mm(多见于单列附散热片或单列V型)、1.27±0.25mm(多见于双列扁平封装)、1±0.15mm(多见于双列或四列扁平封装)、0.8±0.05～0.15mm(多见于四列扁平封装)、0.65±0.03mm(多见于四列扁平封装)。

引脚宽度
双列直插式封转一般有7.4～7.62mm、10.16mm、12.7mm、15.24mm等数种。
双列扁平封装（包括引线长度）一般有6～6.5±mm、7.6mm、10.5～10.65mm等。
四列扁平封装（40引脚以上的长×宽）一般有10×10mm(不计引线长度)、13.6×13.6±0.4mm(包括引线长度)、20.6×20.6±0.4mm(包括引线长度)、8.45×8.45±0.5mm(不计引线长度)、14×14±0.15mm（不计引线长度）等。

RNGxiaohu · 发表于 2021-9-13 10:43

DIP适合在PCB印刷电路板上穿孔焊接，操作方便

liwenqi · 发表于 2021-9-13 13:48

PQFP这种封装的芯片引脚之间的距离很小，管脚很细，一般大规模或超大集成电路都采用这种封装形式

guanshen · 发表于 2021-9-13 14:02

学习了感谢分享

瞪郜望源_21 · 发表于 2021-9-13 16:29

真是好东西，写的很有深度，内容很是专业和权威，学下

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