随着半导体技术的飞速发展,IC在处理速度上的高速增长,处理能力上的增强,芯片内部结构日趋复杂。因而IC制造也遇到挑战,其封装形式的小型化与I/0端数量的增长的矛盾推动封装形式的革新。
l.封装形式的演变
1.1 双列直插式封装DIP(Dual In—line Package)
传统芯片因工艺、功能等诸多因素制约,多采用DIP形式封装,甚至有些采用SIP(Single In—line Package)封装。相对于采用SMD这样组装所占面积较大,给设备小型化带来困难,且组装自动化程度较低。64脚DIP封装的IC,安装面积为
1.2 SMT常用封装
SOP器件又称为SOIC(Small Outline Integrated Circuit),是DIP的缩小形式,引线中心距为
塑封有引线芯片载体PLCC,引线中心距为
无引线陶瓷芯片载体LCCC电极中心距有
方形扁平封装QFP,主要应用于ASIC(Application Of Specific Integrated Circuit)专用集成电路。普通引线中心距为
1.3小结
综合上述介绍,I/O数量的增加是以牺牲引线间距为代价。间距的缩小给芯片制造、组装工艺提出更高要求,难度亦随之增加,加之间距亦有极限,因此即使I/O数较多的QFP的发展也受到间距极限的限制,因而更新型的封装,更先进的技术就呼之欲出。
2.新型封装
2.1 球栅阵列BGA(Ball Grid Array)
正如1.3所述,缩小间距不是解决I/O数增长最有效的解决方案。于是便有以封装底面来互连的解决办法,这便是面积阵列封装AAP(Area Array Package)。采用AAP,相同I/O数与组装面积,AAP间距明显较大,这使组装容易,芯片制造难度下降;相同的组装面积和间距,AAP可使I/O数增多;若间距、I/O数相同,AAP的组装面积明显较小,这使设备的小型化易于实现。因此AAP成为当前封装的热点和趋势。以结构形式划分,AAP可分为BGA和FC。BGA又可分为PBGA、CBGA、CCGA、TBGA四类,下面分述之。
PBGA是最普遍的BGA封装类型,其载体为普通的印制板基材,如FR—4等。硅片通过金属丝压焊方式连到载体的上表面,然后塑料模压成型。有些PBGA封装结构中带有空腔,称热增强型BGA,简称EBGA。
下表面为呈部分或完全分布的共晶组份(37Pb/63Sn)的焊球阵列,焊球间距通常为
PBGA有以下特点:
其载体与PCB材料相同,故组装过程二者的热膨胀系数TCE(Thermal Coefficient Of Expansion)几乎相同,即热匹配性良好,组装成本低,共面性较好,易批量组装,电性能良好。
CBGA即是以多层陶瓷作载体,硅片采用金属丝压焊方式或采用硅片线路面朝下,以倒装片方式实现与载体的互联,然后用填充物包封,起到保护作用。陶瓷载体下表面是90Pb/10Sn的共晶焊球阵列,焊球间距常为
优良的电性能和热特性。
密封性较好。
封装可靠性高。
共面性好。
封装密度高。
因以陶瓷作载体,对湿气不敏感。
封装成本较高。
组装过程热匹配性能差,组装工艺要求较高。
CCGA是CBGA的扩展,因此在制作工艺,性能上与CBGA相似。不同的是以90Pb/10Sn焊料柱替代了CBGA中的焊球,焊料柱的产生减小了组装过程PCB与陶瓷载体热性能失配产生的应力,但是焊料柱在组装过程中易受到机械损坏。CCGA的典型柱距为
载带球栅阵列TBGA是载带自动键合TAB(Tape Automated Bonding)技术的延伸。TBGA的载体为铜/聚酰亚胺/铜的双金属层带(载带)。载体上表面分布的铜导线起传输作用,下表面的铜层作地线。硅片与载体实现互连后,将硅片包封起到保护作用。载体上的过孔实现上下表面的导通,利用类似金属丝压焊技术在过孔焊盘上形成焊球阵列。焊球间距有
封装轻、小。
电性能良。
组装过程中热匹配性好。
潮气对其性能有影响。
综合上述介绍,BGA性能明显优于QFP,有良好的电性能,高I/O数。各类BGA的焊球、柱的组份基本是90Pb/10Sn(PBGA除外),间距基本上是
2.2 倒装芯片FC(F1ip Chip)
倒装芯片FC即是将芯片的有源面通过分布于上面的焊球与PCB实现直接互连,从而取代金属丝压焊的连接方式。因此连接长度减小,电路时延也小,电性能较好,可提供较多I/O数且芯片外形尺寸小。
2.3芯片尺寸封装CSP(Chip Scale Package)
芯片尺寸封装规约为:封装尺寸为芯片本身尺寸大小的l——1.2倍。正如前文所述,某种意义上而言,CSP是BGA的微小化。CSP尺寸小,I/O数高导致间距缩小,给组装工艺带来挑战。
2.4 其它
多芯片模块MCM(Multi—chip Module)是将多个芯片封装在一起,从而完成某特定功能的多芯片封装。其种类有:MCM—C、MCM—L、MCM—D。
板载芯片COB(Chip On Board)技术是适应微组装技术发展的,越来越微小的间距,无法实现封装,因而直接将裸芯片安装到PCB板上。
3.结语
芯片封装的发展是适应微组装技术FPT(Fine Pitch Technology)的发展而发展。朝轻、薄、小化,高I/O数,外形尺寸小,引线或焊球间距小的方向发展。随着技术的发展,性能将进一步提高,价格将会下降。这样电子组装的新时代将来临,整机性能将明显改善。
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杭州辛达狼焊接科技有限公司是一家专业研发、生产和销售低、中、高温钎焊用助焊剂的科技型企业。产品主要有免洗助焊剂、铝锡焊助焊剂、不锈钢无铅助焊剂、普通型不锈钢锡焊助焊剂、无铅烙铁头专用高效助焊剂、铝/铜异种材料钎焊助焊剂、铜合金用中温膏状助焊剂、中温膏状铝助焊剂和焊膏等系列产品,广泛应用于电子、电器、制冷和汽车等领域。
公司建有助焊剂研发中心,拥有2名博士和多名助焊剂专家,并与哈尔滨工业大学在助焊剂领域建立了密切的科研合作。