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        IC、集成电路、芯片的封装的定义及分类

        浏览次数: 日期:2013年12月23日 14:48

         

         

        IC、集成电路、芯片的封装的定义及分类

        作者:安格瑞   来源:原装   

        IC集成电路、芯片的封装,就是指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接。

        IC集成电路、芯片的封装形式,是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。

        它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用,而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上,这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接,从而实现内部芯片与外部电路的连接。

        封装对于芯片来说是必须的,也是至关重要的。因为芯片必须与外界隔离,以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面,封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造,因此它是至关重要的。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳,它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用,而且还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,这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。因此,对于很多集成电路产品而言,封装技术都是非常关键的一环。

        所谓“封装技术”是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。以CPU为例,我们实际看到的体积和外观并不是真正的CPU内核的大小和面貌,而是CPU内核等元件经过封装后的产品。

        目前采用的CPU封装多是用绝缘的塑料或陶瓷材料包装起来,能起着密封和提高芯片电热性能的作用。由于现在处理器芯片的内频越来越高,功能越来越强,引脚数越来越多,封装的外形也不断在改变。

        封装时主要考虑的因素有如下:

        1、芯片面积与封装面积之比为提高封装效率,尽量接近1:1

        2、引脚要尽量短以减少延迟,引脚间的距离尽量远,以保证互不干扰,提高性能

        3、基于散热的要求,封装越薄越好,作为计算机的重要组成部分,CPU的性能直接影响计算机的整体性能。而CPU制造工艺的最后一步也是最关键一步就是CPU的封装技术,采用不同封装技术的CPU,在性能上存在较大差距。只有高品质的封装技术才能生产出完美的CPU产品。

                目前我们比较常见的封装技术有如下:

        1、DIP

        DIP(dual in-line package),双列直插式封装。插装型封装之一,引脚从封装两侧引出,封装材料有塑料和陶瓷两种。DIP 是最普及的插装型封装,应用范围包括标准逻辑IC,存贮器LSI,微机电路等。引脚中心距2.54mm,引脚数从6 到64。封装宽度通常为15.2mm。有的把宽度为7.52mm和10.16mm 的封装分别称为skinny DIP 和slim DIP(窄体型DIP)。但多数情况下并不加区分,只简单地统称为DIP。另外,用低熔点玻璃密封的陶瓷DIP 也称为cerdip(见cerdip)。

        2、P-(plastic)

        表示塑料封装的记号。如PDIP 表示塑料DIP

        3、DICP

        DICP(dual tape carrier package),双侧引脚带载封装。TCP(带载封装)之一。引脚制作在绝缘带上并从封装两侧引出。由于利用的是TAB(自动带载焊接)技术,封装外形非常薄。常用于液晶显示驱动LSI,但多数为定制品。另外,0.5mm 厚的存储器LSI 簿形封装正处于开发阶段。在日本,按照EIAJ(日本电子机械工业)会标准规定,将DICP 命名为DTP。

        4、DIC

        DIC(dual in-line ceramic package) 陶瓷DIP(含玻璃密封)的别称(见DIP).

        5、DIL(dual in-line)

        DIP 的别称(见DIP)。欧洲半导体厂家多用此名称。

        6、DTCP

        DTCP(dual tape carrier package),同上。日本电子机械工业会标准对DTCP 的命名(见DTCP)。

        7、SOP

        SOP 除了用于存储器LSI 外,也广泛用于规模不太大的ASSP 等电路。在输入输出端子不 超过10~40 的领域,SOP 是普及最广的表面贴装封装。引脚中心距1.27mm,引脚数从8 ~44。 另外,引脚中心距小于1.27mm 的SOP 也称为SSOP;装配高度不到1.27mm 的SOP 也称为TSOP(见SSOP、TSOP)。还有一种带有散热片的HSOP。

        8、SO

        SO(small out-line) SOP 的别称。世界上很多半导体厂家都采用此别称。(见SOP)

        9、SOI

        SOI(small out-line I-leaded package) I 形引脚小外型封装。表面贴装型封装之一。引脚从封装双侧引出向下呈I 字形,中心 距1.27mm。贴装占有面积小于SOP。日立公司在模拟IC(电机驱动用IC)中采用了此封装。引 脚数26。

        10、SOIC

        SOIC(small out-line integrated circuit) SOP 的别称(见SOP)。国外有许多半导体厂家采用此名称。

        11、DSO

        DSO(dual small out-lint),双侧引脚小外形封装。SOP 的别称(见SOP)。部分半导体厂家采用此名称。

        12、DFP

        DFP(dual flat package),双侧引脚扁平封装。是SOP 的别称(见SOP)。以前曾有此称法,现在已基本上不用。

        13、QFN

        QFN(quad flat non-leaded package) ,四侧无引脚扁平封装。表面贴装型封装之一。现在多称为LCC。QFN 是日本电子机械工业 会规定的名称。封装四侧配置有电极触点,由于无引脚,贴装占有面积比QFP 小,高度 比QFP 低。但是,当印刷基板与封装之间产生应力时,在电极接触处就不能得到缓解。因此电 极触点 难于作到QFP 的引脚那样多,一般从14 到100 左右。 材料有陶瓷和塑料两种。当有LCC 标记时基本上都是陶瓷QFN。电极触点中心距1.27mm。

        塑料QFN 是以玻璃环氧树脂印刷基板基材的一种低成本封装。电极触点中心距除1.27mm  外, 还有0.65mm 和0.5mm 两种。这种封装也称为塑料LCC、PCLC、P-LCC 等。

        14、QFP

        QFP(quad flat package)四侧引脚扁平封装。表面贴装型封装之一,引脚从四个侧面引出呈海鸥翼(L)型。基材有 陶 瓷、金属和塑料三种。从数量上看,塑料封装占绝大部分。当没有特别表示出材料时, 多数情 况为塑料QFP。塑料QFP 是最普及的多引脚LSI 封装。不仅用于微处理器,门陈列等数字 逻辑LSI 电路,而且也用于VTR 信号处理、音响信号处理等模拟LSI 电路。引脚中心距 有1.0mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm 等多种规格。0.65mm 中心距规格中最多引脚数为304。

        日本将引脚中心距小于0.65mm 的QFP 称为QFP(FP)。但现在日本电子机械工业会对QFP 的外形规格进行了重新评价。在引脚中心距上不加区别,而是根据封装本体厚度分为QFP(2.0mm~3.6mm 厚)、LQFP(1.4mm 厚)和TQFP(1.0mm 厚)三种。

        另外,有的LSI 厂家把引脚中心距为0.5mm 的QFP 专门称为收缩型QFP 或SQFP、VQFP。 但有的厂家把引脚中心距为0.65mm 及0.4mm 的QFP 也称为SQFP,至使名称稍有一些混乱 。QFP 的缺点是,当引脚中心距小于0.65mm 时,引脚容易弯曲。为了防止引脚变形,现已 出现了几种改进的QFP 品种。如封装的四个角带有树指缓冲垫的BQFP(见BQFP);带树脂 保护 环覆盖引脚前端的GQFP(见GQFP);在封装本体里设置测试凸点、放在防止引脚变形的专 用夹 具里就可进行测试的TPQFP(见TPQFP)。 在逻辑LSI 方面,不少开发品和高可靠品都封装在多层陶瓷QFP 里。引脚中心距最小为0.4mm、引脚数最多为348 的产品也已问世。此外,也有用玻璃密封的陶瓷QFP(见Gerqa d)。

        15、QFP

        QFP(FP)(QFP fine pitch)小中心距QFP。日本电子机械工业会标准所规定的名称。指引脚中心距为0.55mm、0.4mm 、0.3mm 等小于0.65mm 的QFP(见QFP)。

        16、QIC

        QIC(quad in-line ceramic package) 陶瓷QFP 的别称。部分半导体厂家采用的名称(见QFP、Cerquad)。

        17、QIP

        QIP(quad in-line plastic package) 塑料QFP 的别称。部分半导体厂家采用的名称(见QFP)。

        18、QTCP

        QTCP(quad tape carrier package)四侧引脚带载封装。TCP 封装之一,在绝缘带上形成引脚并从封装四个侧面引出。是利 用TAB 技术的薄型封装(见TAB、TCP)。

        19、QTP

        QTP(quad tape carrier package) 四侧引脚带载封装。日本电子机械工业会于1993 年4 月对QTCP 所制定的外形规格所用 的 名称(见TCP)。

        20、FQFP

        FQFP(fine pitch quad flat package)小引脚中心距QFP。通常指引脚中心距小于0.65mm 的QFP(见QFP)。部分导导体厂家采用此名称。

        21、PFPF

        PFPF(plastic flat package),塑料扁平封装。塑料QFP 的别称(见QFP)。部分LSI 厂家采用的名称。

        22、PCLP

        PCLP(printed circuit board leadless package) ,印刷电路板无引线封装。日本富士通公司对塑料QFN(塑料LCC)采用的名称(见QFN)。引脚中心距有0.55mm 和0.4mm 两种规格。目前正处于开发阶段。

        23、MQFP

        MQFP(metric quad flat package),按照JEDEC(美国联合电子设备委员会)标准对QFP 进行的一种分类。指引脚中心距为0.65mm、本体厚度为3.8mm~2.0mm 的标准QFP(见QFP)。

        24、MQUAD

        MQUAD(metal quad)美国Olin 公司开发的一种QFP 封装。基板与封盖均采用铝材,用粘合剂密封。在自然空冷条件下可容许2.5W~2.8W 的功率。日本新光电气工业公司于1993 年获得特许开始生产。

        25、BQFP

        BQFP(quad flat package with bumper),带缓冲垫的四侧引脚扁平封装。QFP 封装之一,在封装本体的四个角设置突起(缓冲垫)以防止在运送过程中引脚发生弯曲变形。美国半导体厂家主要在微处理器和ASIC 等电路中采用此封装。引脚中心距0.635mm,引脚数从84 到196 左右(见QFP)。

        26、Cerquad

        表面贴装型封装之一,即用下密封的陶瓷QFP,用于封装DSP 等的逻辑LSI 电路。带有窗口的Cerquad 用于封装EPROM 电路。散热性比塑料QFP 好,在自然空冷条件下可容许1.5~2W 的功率。但封装成本比塑料QFP 高3~5 倍。引脚中心距有1.27mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm、0.4mm 等多种规格。引脚数从32 到368。

        27、BGA

        BGA(ball grid array),球形触点陈列,表面贴装型封装之一。在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚,在印刷基板的正面装配LSI 芯片,然后用模压树脂或灌封方法进行密封。也称为凸点陈列载体(PAC)。引脚可超过200,是多引脚LSI 用的一种封装。封装本体也可做得比QFP(四侧引脚扁平封装)小。例如,引脚中心距为1.5mm 的360 引脚BGA 仅为31mm 见方;而引脚中心距为0.5mm 的304 引脚QFP 为40mm 见方。而且BGA 不用担心QFP 那样的引脚变形问题。该封装是美国Motorola 公司开发的,首先在便携式电话等设备中被采用,今后在美国有可能在个人计算机中普及。最初,BGA 的引脚(凸点)中心距为1.5mm,引脚数为225。现在也有一些LSI 厂家正在开发500 引脚的BGA。BGA 的问题是回流焊后的外观检查。现在尚不清楚是否有效的外观检查方法。有的认为,由于焊接的中心距较大,连接可以看作是稳定的,只能通过功能检查来处理。美国Motorola 公司把用模压树脂密封的封装称为OMPAC,而把灌封方法密封的封装称为GPAC(见OMPAC 和GPAC)

        28、碰焊PGA

        碰焊PGA(butt joint pin grid array),表面贴装型PGA 的别称(见表面贴装型PGA)。

        29、C-(ceramic)

        C-(ceramic)表示陶瓷封装的记号。例如,CDIP 表示的是陶瓷DIP。是在实际中经常使用的记号。

        30、Cerdip

        用玻璃密封的陶瓷双列直插式封装,用于ECL RAM,DSP(数字信号处理器)等电路。带有玻璃窗口的Cerdip 用于紫外线擦除型EPROM 以及内部带有EPROM 的微机电路等。引脚中心距2.54mm,引脚数从8 到42。在日本,此封装表示为DIP-G(G 即玻璃密封的意思)。

        31、CLCC

        CLCC(ceramic leaded chip carrier),带引脚的陶瓷芯片载体,表面贴装型封装之一,引脚从封装的四个侧面引出,呈丁字形。带有窗口的用于封装紫外线擦除型EPROM 以及带有EPROM 的微机电路等。此封装也称为QFJ、QFJ-G(见QFJ)。

        32、COB

        COB(chip on board)板上芯片封装,是裸芯片贴装技术之一,半导体芯片交接贴装在印刷线路板上,芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现,芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现,并用树脂覆盖以确保可靠性。虽然COB 是最简单的裸芯片贴装技术,但它的封装密度远不如TAB 和倒片焊技术。

        33、FP

        FP(flat package)扁平封装。表面贴装型封装之一。QFP 或SOP(见QFP 和SOP)的别称。部分半导体厂家采用此名称。

        34、Flip-chip

        倒焊芯片。裸芯片封装技术之一,在LSI 芯片的电极区制作好金属凸点,然后把金属凸点与印刷基板上的电极区进行压焊连接。封装的占有面积基本上与芯片尺寸相同。是所有封装技术中体积最小、最薄的一种。但如果基板的热膨胀系数与LSI 芯片不同,就会在接合处产生反应,从而影响连接的可靠性。因此必须用树脂来加固LSI 芯片,并使用热膨胀系数基本相同的基板材料。

        35、CPAC

        CPAC(globe top pad array carrier),美国Motorola 公司对BGA 的别称(见BGA)。

        36、CQFP

        CQFP(quad fiat package with guard ring) ,带保护环的四侧引脚扁平封装。塑料QFP 之一,引脚用树脂保护环掩蔽,以防止弯曲变形。在把LSI 组装在印刷基板上之前,从保护环处切断引脚并使其成为海鸥翼状(L 形状)。这种封装在美国Motorola 公司已批量生产。引脚中心距0.5mm,引脚数最多为208 左右。

        37、H-(with heat sink)

        表示带散热器的标记。例如,HSOP 表示带散热器的SOP

        38、PGA

        Pin Grid Array(surface mount type) ,表面贴装型PGA。通常PGA 为插装型封装,引脚长约3.4mm。表面贴装型PGA 在封装的底面有陈列状的引脚,其长度从1.5mm 到2.0mm。贴装采用与印刷基板碰焊的方法,因而也称为碰焊PGA。因为引脚中心距只有1.27mm,比插装型PGA 小一半,所以封装本体可制作得不怎么大,而引脚数比插装型多(250~528),是大规模逻辑LSI 用的封装。封装的基材有多层陶瓷基板和玻璃环氧树脂印刷基数。以多层陶瓷基材制作封装已经实用化。

        39、JLCC

        JLCC(J-leaded chip carrier),J 形引脚芯片载体。指带窗口CLCC 和带窗口的陶瓷QFJ 的别称(见CLCC 和QFJ)。部分半导体厂家采用的名称。

        40、LCC

        LCC(Leadless chip carrier) ,无引脚芯片载体。指陶瓷基板的四个侧面只有电极接触而无引脚的表面贴装型封装。是高速和高频IC 用封装,也称为陶瓷QFN 或QFN-C(见QFN)。

        41、LGA

        LGA(land grid array),触点陈列封装。即在底面制作有阵列状态坦电极触点的封装。装配时插入插座即可。现已实用的有227 触点(1.27mm 中心距)和447 触点(2.54mm 中心距)的陶瓷LGA,应用于高速逻辑LSI 电路。LGA 与QFP 相比,能够以比较小的封装容纳更多的输入输出引脚。另外,由于引线的阻抗小,对于高速LSI 是很适用的。但由于插座制作复杂,成本高,现在基本上不怎么使用。预计今后对其需求会有所增加。

        42、LOC

        LOC(lead on chip)芯片上引线封装。LSI 封装技术之一,引线框架的前端处于芯片上方的一种结构,芯片的中心附近制作有凸焊点,用引线缝合进行电气连接。与原来把引线框架布置在芯片侧面附近的结构相比,在相同大小的封装中容纳的芯片达1mm 左右宽度。

        43、LQFP

        LQFP(low profile quad flat package) ,薄型QFP。指封装本体厚度为1.4mm 的QFP,是日本电子机械工业会根据制定的新QFP外形规格所用的名称。

        44、L-QUAD

        陶瓷QFP 之一。封装基板用氮化铝,基导热率比氧化铝高7~8 倍,具有较好的散热性。封装的框架用氧化铝,芯片用灌封法密封,从而抑制了成本。是为逻辑LSI 开发的一种封装,在自然空冷条件下可容许W3的功率。现已开发出了208 引脚(0.5mm 中心距)和160 引脚(0.65mm中心距)的LSI 逻辑用封装,并于1993 年10 月开始投入批量生产。

        45、MCM

        MCM(multi-chip module),多芯片组件。将多块半导体裸芯片组装在一块布线基板上的一种封装。根据基板材料可分为MCM-L,MCM-C 和MCM-D 三大类。MCM-L 是使用通常的玻璃环氧树脂多层印刷基板的组件。布线密度不怎么高,成本较低。MCM-C 是用厚膜技术形成多层布线,以陶瓷(氧化铝或玻璃陶瓷)作为基板的组件,与使用多层陶瓷基板的厚膜混合IC 类似。两者无明显差别。布线密度高于MCM-L。MCM-D 是用薄膜技术形成多层布线,以陶瓷(氧化铝或氮化铝)或Si、Al 作为基板的组件。布线密谋在三种组件中是最高的,但成本也高。

        46、MFP

        MFP(mini flat package),小形扁平封装。塑料SOP 或SSOP 的别称(见SOP 和SSOP)。部分半导体厂家采用的名称。

        47、MSP

        MSP(mini square package) ,QFI 的别称(见QFI),在开发初期多称为MSP。QFI 是日本电子机械工业会规定的名称。

        48、OPMAC

        OPMAC(over molded pad array carrier) 模压树脂密封凸点陈列载体。美国Motorola 公司对模压树脂密封BGA 采用的名称(见BGA)。

        49、PAC

        PAC(pad array carrier),凸点陈列载体,BGA 的别称(见BGA)。

        50、PGA

        PGA(pin grid array),陈列引脚封装。插装型封装之一,其底面的垂直引脚呈陈列状排列。封装基材基本上都采用多层陶瓷基板在未专门表示出材料名称的情况下,多数为陶瓷PGA,用于高速大规模逻辑LSI 电路。成本较高。引脚中心距通常为2.54mm,引脚数从64 到447 左右。为了为降低成本,封装基材可用玻璃环氧树脂印刷基板代替。也有64~256 引脚的塑料PGA。另外,还有一种引脚中心距为1.27mm 的短引脚表面贴装型PGA(碰焊PGA)。(见表面贴装型PGA)

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