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IC封装全解

发布日期:2018-03-14 14:59:40

 

IC封装全解

一、IC封装历程

  IC封装历史始于20世纪60年代中期,仙童公司开发出塑料双列直插式封装(PDIP),有8条引线。随着硅技术的发展,芯片尺寸愈来愈大,相应地封壳也要变大。到60年代末,四边有引线较大的封装出现了。那时人们还不太注意压缩器件的外形尺寸,故而大一点的封壳也可以接受。但大封壳占用PCB面积多,于是开发出引线陶瓷芯片载体(LCCC)。1976年~1977年问,它的变体即塑料有引线载体(PLCC)面世,且生存了约10年,其引脚数有16个~132个。

  20世纪80年代中期开发出的四方型扁平封装(QFP)接替了PLCC。当时有凸缘QFP(BQFP)和公制MQFP(MQFP)两种。但很快MQFP以其明显的优点取代了BQFP。其后相继出现了多种改进型,如薄型QFP(TQFP)、细引脚间距QFP(VQFP)、缩小型QFP(SQFP)、塑料QFP(PQFP)、金属QFP(MetalQFP)、载带QFP(TapeQFP)等。这些QFP均适合表面贴装。但这种结构仍占用太多的PCB面积,不适应进一步小型化的要求。因此,人们开始注意缩小芯片尺寸,相应的封装也要尽量小。实际上,1968年~1969年,菲利浦公司就开发出小外形封装(SOP)。以后逐渐派生出J型引脚小外型封装(SOJ)、薄小外形封装(TSOP)、甚小外形封装(VSOP)、缩小型SOP(SSOP)、薄的缩小型SOP(TSSOP)及小外形晶体管(SOT)、小外型集成电路(SOIC)等。这样,IC的塑封壳有两大类:方型扁平型和小型外壳型。前者适用于多引脚电路,后者适用于少引脚电路。

  随着半导体工业的飞速发展,芯片的功能愈来愈强,需要的外引脚数也不断增加,再停留在周边引线的老模式上,即使把引线问距再缩小,其局限性也日渐突出,于是有了面阵列的新概念,诞生了阵列式封装。

  阵列式封装最早是针栅阵列(PGA),引脚为针式。将引脚形状变通为球形凸点,即有球栅阵列(BGA);球改为柱式就是柱栅阵列(CGA)。后来更有载带BGA(TBGA)、金属封装BGA(MBGA)、陶瓷BGA(CBGA)、倒装焊BGA(FCBGA)、塑料BGA(PBGA)、增强型塑封BGA(EPBGA)、芯片尺寸BGA(D2BGA)、小型BOA(MiniBGA)、微小型BGA(MicroBGA)及可控塌陷BGA(C2BGA)等。BGA成为当今最活跃的封装形式。

  历史上,人们也曾试图不给IC任何封装。最早的有IBM公司在20世纪60年代开发的C4(可控塌陷芯片连接)技术。以后有板上芯片(COB)、柔性板上芯片(COF)及芯片上引线(LOC)等。但裸芯片面临一个确认优质芯片(KGD)的问题。因此,提出了既给IC加上封装又不增加多少“面积”的设想,1992年日本富士通首先提出了芯片尺寸封装(CSP)概念。很快引起国际上的关注,它必将成为IC封装的一个重要热点。

  另一种封装形式是贝尔实验室大约在1962年提出,由IBM付诸实现的带式载体封装(TCP)。它是以柔性带取代刚性板作载体的一种封装。因其价格昂贵、加工费时,未被广泛使用。

  上述种类繁多的封装,其实都源自20世纪60年代就诞生的封装设想。推动其发展的因素一直是功率、重量、引脚数、尺寸、密度、电特性、可靠性、热耗散,价格等。

  尽管已有这么多封装可供选择,但新的封装还会不断出现。另一方面,有不少封装设计师及工程师正在努力以去掉封装。当然,这绝非易事,封装将至少还得陪伴我们20年,直到真正实现芯片只在一个互连层上集成。

  可以这样粗略地归纳封装的发展进程:结构方面TO—DIP—LCC—QFP—BGA—CSP;材料方面是金属一陶瓷一塑料;引脚形状是长引线直插一短引线或无引线贴装一球状凸点;装配方式是通孔封装一表面安装一直接安装。  
二、IC封装大全

1、BGA(ballgridarray)
  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)。

2、BQFP(quadflatpackagewithbumper)
  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)。

3、碰焊PGA(buttjointpingridarray)
  表面贴装型PGA的别称(见表面贴装型PGA)。

4、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。

5、Cerdip
  用玻璃密封的陶瓷双列直插式封装,用于ECLRAM,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)。

6、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。

7、CLCC(ceramicleadedchipcarrier)
  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)。

8、COB(chiponboard)
  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。

9、DFP(dualflatpackage)
  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。

10、DIC(dualin-lineceramicpackage)
  陶瓷DIP(含玻璃密封)的别称(见DIP).

11、DIL(dualin-line)
  DIP的别称(见DIP)。欧洲半导体厂家多用此名称。

12、DIP(dualin-linepackage)
  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skinnyDIP和slimDIP(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)。

13、DSO(dualsmallout-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。

14、DICP(dualtapecarrierpackage)
  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。

15、DIP(dualtapecarrierpackage)
  同上。日本电子机械工业会标准对DTCP的命名(见DTCP)。

16、FP(flatpackage)
  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。

17、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。

18、FQFP(finepitchquadflatpackage)
  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。

19、CPAC(globetoppadarraycarrier)
  美国Motorola公司对BGA的别称(见BGA)。

20、CQFP(quadfiatpackagewithguardring)
  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。

21、H-(withheatsink)
  表示带散热器的标记。例如,HSOP表示带散热器的SOP。

22、pingridarray(surfacemounttype)
  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。

23、JLCC(J-leadedchipcarrier)
  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。

24、LCC(Leadlesschipcarrier)
  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)。

25、LGA(landgridarray)
  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。

26、LOC(leadonchip)
  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。

27、LQFP(lowprofilequadflatpackage)
  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。

28、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。

29、MCM(multi-chipmodule)
  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。

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