封装技术.docx

封装技术.docx

《封装技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《封装技术.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

封装技术

封装技术

目录[隐藏]

封装技术

CPU主要封装技术

1.DIP技术

2.QFP技术

3.PFP技术

4.PGA技术

5.BGA技术

6.SFF技术

芯片封装技术发展

1.从DIP封到BGA封装

常见的封装形式

1.OPGA封装

2.mPGA封装

3.CPGA封装

4.FC-PGA封装

5.FC-PGA2封装

6.OOI封装

7.PPGA封装

8.S.E.C.C.封装

9.S.E.C.C.2封装

10.S.E.P.封装

11.PLGA封装

12.CuPGA封装

封装的作用

内存的封装技术

1.内存封装，“品质”外衣

3D封装技术

LED封装技术

1.生产工艺

2.封装工艺

3.B功率型LED封装技术概述

4.LED单芯片封装

半导体封装技术

国内外比较

微电子封装技术

1.IC发展对微电子封装的推动

封装技术

CPU主要封装技术

1.DIP技术

2.QFP技术

3.PFP技术

4.PGA技术

5.BGA技术

6.SFF技术

芯片封装技术发展

1.从DIP封到BGA封装

常见的封装形式

1.OPGA封装

2.mPGA封装

3.CPGA封装

4.FC-PGA封装

5.FC-PGA2封装

6.OOI封装

7.PPGA封装

8.S.E.C.C.封装

9.S.E.C.C.2封装

10.S.E.P.封装

11.PLGA封装

12.CuPGA封装

封装的作用

内存的封装技术

1.内存封装，“品质”外衣

3D封装技术

LED封装技术

1.生产工艺

2.封装工艺

3.B功率型LED封装技术概述

4.LED单芯片封装

∙半导体封装技术

∙国内外比较

∙微电子封装技术

1.IC发展对微电子封装的推动

[编辑本段]

封装技术

　　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，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。

　　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。

　　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：

　　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。

[编辑本段]

CPU主要封装技术

DIP技术

　　DIP封装（DualIn-linePackage），也叫双列直插式封装技术，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。

DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。

当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。

DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏管脚。

DIP封装结构形式有：

多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP（含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装式）等。

　　DIP封装具有以下特点：

　　1、适合在PCB（印刷电路板）上穿孔焊接，操作方便。

　　2、芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。

QFP技术

　　这种技术的中文含义叫方型扁平式封装技术（PlasticQuadFlatPockage），该技术实现的CPU芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在100以上。

该技术封装CPU时操作方便，可靠性高；而且其封装外形尺寸较小，寄生参数减小，适合高频应用；该技术主要适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线。

　　QFP（PlasticQuadFlatPackage）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。

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相应管脚的焊点。

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，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。

QFP/PFP封装具有以下特点：

1.适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上安装布线。

　　2.适合高频使用。

　　3.操作方便，可靠性高。

　　4.芯片面积与封装面积之间的比值较小。

Intel系列CPU中80286、80386和某些486主板采用这种封装形式。

[11]

PFP技术

　　该技术的英文全称为PlasticFlatPackage，中文含义为塑料扁平组件式封装。

用这种技术封装的芯片同样也必须采用SMD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相应管脚的焊盘。

将芯片各脚对准相应的焊盘，即可实现与主板的焊接。

用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。

该技术与上面的QFP技术基本相似，只是外观的封装形状不同而已。

PGA技术

　　该技术也叫插针网格阵列封装技术（CeramicPinGridArrauPackage），由这种技术封装的芯片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距离排列，根据管脚数目的多少，可以围成2～5圈。

安装时，将芯片插入专门的PGA插座。

为了使得CPU能够更方便的安装和拆卸，从486芯片开始，出现了一种ZIFCPU插座，专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求。

该技术一般用于插拔操作比较频繁的场合之下。

　　PGA封装具有以下特点：

　　1.插拔操作更方便，可靠性高;

　　2.可适应更高的频率;

　　3.如采用导热性良好的陶瓷基板，还可适应高速度、大功率器件要求;

　　4.由于此封装具有向外伸出的引脚，一般采用插入式安装而不宜采用表面安装;

　　5.如用陶瓷基板，价格又相对较高，因此多用于较为特殊的用途。

它又分为陈列引脚型和表面贴装型两种。

BGA技术

　　BGA技术（BallGridArrayPackage）即球栅阵列封装技术。

该技术的出现便成为CPU、主板南、北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。

但BGA封装占用基板的面积比较大。

虽然该技术的I/O引脚数增多，但引脚之间的距离远大于QFP，从而提高了组装成品率。

而且该技术采用了可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能。

另外该技术的组装可用共面焊接，从而能大大提高封装的可靠性；并且由该技术实现的封装CPU信号传输延迟小，适应频率可以提高很大。

　　BGA封装具有以下特点：

　　1、I/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

　　2、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

　　3、信号传输延迟小，适应频率大大提高

　　4、组装可用共面焊接，可靠性大大提高

　　BGA封装的不足之处：

BGA封装仍与QFP、PGA一样，占用基板面积过大；塑料BGA封装的翘曲问题是其主要缺陷，即锡球的共面性问题。

共面性的标准是为了减小翘曲，提高BGA封装的特性，应研究塑料、粘片胶和基板材料，并使这些材料最佳化。

同时由于基板的成本高，而使其价格很高。

SFF技术

　　SFF是SmallFormFactor的简称，英特尔将其称为小封装技术。

小封装技术是英特尔在封装移动处理器过程中采用的一种特殊技术，可以在不影响处理器性能的前提下，将封装尺寸缩小为普通尺寸的40%左右，从而带动移动产品内其他组件尺寸一起缩小，最终让终端产品更加轻薄、小巧、时尚，并且支持更丰富的外观和材质的设计。

[编辑本段]

芯片封装技术发展

从DIP封到BGA封装

　　　芯片的封装技术种类实在是多种多样，诸如DIP，PQFP,TSOP,TSSOP,PGA,BGA,QFP,TQFP,QSOP,SOIC,SOJ,PLCC,WAFERS......一系列名称看上去都十分繁杂，其实，只要弄清芯片封装发展的历程也就不难理解了。

芯片的封装技术已经历经好几代的变迁，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，以及引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便等等，都是看得见的变化。

20世纪70年代时，芯片封装流行的还是双列直插封装，简称DIP（Dualln-linePackage）。

DIP封装在当时具有适合PCB（印刷电路板）的穿孔安装，具有比TO型封装易于对PCB布线以及操作较为方便等一些特点，其封装的结构形式也很多，包括多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP等等。

但是衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。

比如一颗采用40根I/O引脚塑料双列直插式封装（PDIP）的芯片为例，其芯片面积/封装面积=（3x3）/（15．24x50）=1：

86，离l相差很远。

不难看出，这种封装尺寸远比芯片大不少，说明封装效率很低，占去了很多有效安装面积。

　　到了80年代出现的内存第二代封装技术以TSOP为代表，它很快为业界所普遍采用，到目前为止还保持着内存封装的主流地位。

TSOP是英文ThinSmallOutlinePackage的缩写，意即薄型小尺寸封装。

TSOP内存封装技术的一个典型特征就是在封装芯片的周围做出引脚，如SDRAM内存的集成电路两侧都有引脚，SGRAM内存的集成电路四面都有引脚。

TSOP适合用SMT技术（表面安装技术）在PCB（印制电路板）上安装布线。

TSOP封装外形尺寸时，寄生参数（电流大幅度变化时，引起输出电压扰动）减小，适合高频应用，操作比较方便，可靠性也比较高。

改进的TSOP技术目前广泛应用于SDRAM内存的制造上，不少知名内存制造商如三星、现代、Kingston等目前都在采用这项技术进行内存封装。

　　20世纪90年代随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用，LSI、VLSI、ULSI相继出现，芯片集成度不断提高，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大，对集成电路封装的要求也更加严格。

为满足发展的需要，在原有封装方式的基础上，又增添了新的方式一一球栅阵列封装，简称BGA（BallGridArrayPackage）。

BGA封装技术已经在笔记本电脑的内存、主板芯片组等大规模集成电路的封装领域得到了广泛的应用。

比如我们所熟知的IntelBX、VIAMVP3芯片组以及SODIMM等都是采用这一封装技术的产品。

　　BGA封装技术有这样一些特点：

I/O引脚数虽然增多，但引脚间距并不小，从而提高了组装成品率；虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能；厚度和重量都较以前的封装技术有所减少；寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高；组装可用共面焊接，可靠性高。

不过BGA封装仍然存在着占用基板面积较大的问题。

　　随着以CPU为主的计算机系统性能的总体大幅度提升趋势，人们对于内存的品质和性能要求也日趋苛刻。

为此，人们要求内存封装更加紧致，以适应大容量的内存芯片，同时也要求内存封装的散热性能更好，以适应越来越快的核心频率。

毫无疑问的是，进展不太大的TSOP等内存封装技术也越来越不适用于高频、高速的新一代内存的封装需求，新的内存封装技术也应运而生了。

采用BGA新技术封装的内存，可以使所有计算机中的DRAM内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍，BGA与TSOP相比，具有更小的体积，更好的散热性能和电性能。

BGA封装技术使每平方英寸的存储量有了很大提升，采用BGA封装技术的内存产品在相同容量下，体积只有TSOP封装的三分之一；另外，与传统TSOP封装方式相比，BGA封装方式有更加快速和有效的散热途径。

[编辑本段]

常见的封装形式

OPGA封装

　　OPGA（OrganicpingridArray，有机管脚阵列）。

这种封装的基底使用的是玻璃纤维，类似印刷电路板上的材料。

此种封装方式可以降低阻抗和封装成本。

OPGA封装拉近了外部电容和处理器内核的距离，可以更好地改善内核供电和过滤电流杂波。

AMD公司的AthlonXP系列CPU大多使用此类封装。

mPGA封装

　　mPGA，微型PGA封装，目前只有AMD公司的Athlon64和英特尔公司的Xeon（至强）系列CPU等少数产品所采用，而且多是些高端产品，是种先进的封装形式。

CPGA封装

　　CPGA也就是常说的陶瓷封装，全称为CeramicPGA。

主要在Thunderbird（雷鸟）核心和“Palomino”核心的Athlon处理器上采用。

FC-PGA封装

　　FC-PGA封装是反转芯片针脚栅格阵列的缩写，这种封装中有针脚插入插座。

这些芯片被反转，以至片模或构成计算机芯片的处理器部分被暴露在处理器的上部。

通过将片模暴露出来，使热量解决方案可直接用到片模上，这样就能实现更有效的芯片冷却。

为了通过隔绝电源信号和接地信号来提高封装的性能，FC-PGA处理器在处理器的底部的电容放置区域（处理器中心）安有离散电容和电阻。

芯片底部的针脚是锯齿形排列的。

此外，针脚的安排方式使得处理器只能以一种方式插入插座。

FC-PGA封装用于奔腾III和英特尔赛扬处理器，它们都使用370针。

FC-PGA2封装

　　FC-PGA2封装与FC-PGA封装类型很相似，除了这些处理器还具有集成式散热器（IHS）。

集成式散热器是在生产时直接安装到处理器片上的。

由于IHS与片模有很好的热接触并且提供了更大的表面积以更好地发散热量，所以它显著地增加了热传导。

FC-PGA2封装用于奔腾III和英特尔赛扬处理器（370针）和奔腾4处理器（478针）。

OOI封装

　　OOI是OLGA的简写。

OLGA代表了基板栅格阵列。

OLGA芯片也使用反转芯片设计，其中处理器朝下附在基体上，实现更好的信号完整性、更有效的散热和更低的自感应。

OOI有一个集成式导热器（IHS），能帮助散热器将热量传给正确安装的风扇散热器。

OOI用于奔腾4处理器，这些处理器有423针。

PPGA封装

　　“PPGA”的英文全称为“PlasticPinGridArray”，是塑针栅格阵列的缩写，这些处理器具有插入插座的针脚。

为了提高热传导性，PPGA在处理器的顶部使用了镀镍铜质散热器。

芯片底部的针脚是锯齿形排列的。

此外，针脚的安排方式使得处理器只能以一种方式插入插座。

[2]

S.E.C.C.封装

　　“S.E.C.C.”是“SingleEdgeContactCartridge”缩写，是单边接触卡盒的缩写。

为了与主板连接，处理器被插入一个插槽。

它不使用针脚，而是使用“金手指”触点，处理器使用这些触点来传递信号。

S.E.C.C.被一个金属壳覆盖，这个壳覆盖了整个卡盒组件的顶端。

卡盒的背面是一个热材料镀层，充当了散热器。

S.E.C.C.内部，大多数处理器有一个被称为基体的印刷电路板连接起处理器、二级高速缓存和总线终止电路。

S.E.C.C.封装用于有242个触点的英特尔奔腾II处理器和有330个触点的奔腾II至强和奔腾III至强处理器。

S.E.C.C.2封装

　　S.E.C.C.2封装与S.E.C.C.封装相似，除了S.E.C.C.2使用更少的保护性包装并且不含有导热镀层。

S.E.C.C.2封装用于一些较晚版本的奔腾II处理器和奔腾III处理器（242触点）。

S.E.P.封装

　　“S.E.P.”是“SingleEdgeProcessor”的缩写，是单边处理器的缩写。

“S.E.P.”封装类似于“S.E.C.C.”或者“S.E.C.C.2”封装，也是采用单边插入到Slot插槽中，以金手指与插槽接触，但是它没有全包装外壳，底板电路从处理器底部是可见的。

“S.E.P.”封装应用于早期的242根金手指的IntelCeleron处理器。

PLGA封装

　　PLGA是PlasticLandGridArray的缩写，即塑料焊盘栅格阵列封装。

由于没有使用针脚，而是使用了细小的点式接口，所以PLGA封装明显比以前的FC-PGA2等封装具有更小的体积、更少的信号传输损失和更低的生产成本，可以有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率，同时也可以提高处理器生产的良品率、降低生产成本。

目前Intel公司Socket775接口的CPU采用了此封装。

[2]

CuPGA封装

　　CuPGA是LiddedCeramicPackageGridArray的缩写，即有盖陶瓷栅格阵列封装。

其与普通陶瓷封装最大的区别是增加了一个顶盖，能提供更好的散热性能以及能保护CPU核心免受损坏。

AMD64系列CPU采用了此封装。

[编辑本段]

封装的作用

　　封装（Package）对于芯片来说是必须的，也是至关重要的。

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和规格通用功能的作用。

封装的主要作用有：

（1）物理保护。

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，保护芯片表面以及连接引线等，使相当柔嫩的芯片在电气或热物理等方面免受外力损害及外部环境的影响；同时通过封装使芯片的热膨胀系数与框架或基板的热膨胀系数相匹配，这样就能缓解由于热等外部环境的变化而产生的应力以及由于芯片发热而产生的应力，从而可防止芯片损坏失效。

基于散热的要求，封装越薄越好，当芯片功耗大于2W时，在封装上需要增加散热片或热沉片，以增强其散热冷却功能；5～1OW时必须采取强制冷却手段。

另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。

（2）电气连接。

封装的尺寸调整（间距变换）功能可由芯片的极细引线间距，调整到实装基板的尺寸间距，从而便于实装操作。

例如从以亚微米（目前已达到0．13μm以下）为特征尺寸的芯片，到以10μm为单位的芯片焊点，再到以100μm为单位的外部引脚，最后剑以毫米为单位的印刷电路板，都是通过封装米实现的。

封装在这里起着由小到大、由难到易、由复杂到简单的变换作用，从而可使操作费用及材料费用降低，而且能提高工作效率和可靠性，特别是通过实现布线长度和阻抗配比尽可能地降低连接电阻，寄生电容和电感来保证正确的信号波形和传输速度。

　　（3）标准规格化。

规格通用功能是指封装的尺寸、形状、引脚数量、间距、长度等有标准规格，既便于加工，又便于与印刷电路板相配合，相关的生产线及生产设备都具有通用性。

这对于封装用户、电路板厂家、半导体厂家都很方便，而且便于标准化。

相比之下，裸芯片实装及倒装目前尚不具备这方面的优势。

由于组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印刷电路板（PCB）的设计和制造，对于很多集成电路产品而言，组装技术都是非常关键的一环。

[编辑本段]

内存的封装技术

　　如今计算机的“心”奔腾不止，以百兆为单位的高速提升让我们不得不感叹CPU技术的成熟和完善。

不过，光有一颗速急力猛的芯好像还远远不够，为了让计算机真正快速地跑起来，整个内外系统都需要齐齐跟进，而内存则一向是一个关注焦点。

作为计算机的“运作机舱”，内存的性能直接影响计算机的整体表现，重要性是不言而喻的。

与CPU一样，内存的制造工艺同样对其性能高低具有决定意义，而在内存制造工艺流程上的最后一步也是最关键一步就是内存的封装技术。

采用不同封装技术的内存条，在性能上也会存在较大差距。

从DIP、TSOP到BGA，不断发展的封装技术使得内存向着高频、高速的目标继续迈进，而NORCENTMicro－CSP等新型技术的出现，则意味着内存封装已经进入到CSP时代。

内存封装，“品质”外衣

　　　我们所使用的每一条内存，其实是由数量庞大的集成电路组合而成，只不过这些电路，都是需要最后打包完成，这类将集成电路打包的技术就是所谓的封装技术。

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。

　　在我们的计算机里，CPU需要严格地封装，内存条也同样不可怠慢，对于常见的内存条而言，我们实际看到的体积和外观并不是真正的内存的大小和面貌，那一个一个整齐排列的小黑块即内存芯片经过打包封装后的成果。

对于内存这样以芯片为主的产品来说，封装技术不仅保证芯片与外界隔离，防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电学性能下降；而且封装技术的好坏还直接关系到与芯片连接的PCB（印制电路板）的设计和制造，从而对芯片自身性能的表现和发挥产生深刻的影响。

如此而言，封装技术好比内存的一件外衣，而内存品质在这里则是典型的“以貌取人”，越“高档”的外衣身价也就越高了。

如同微处理器一样，内存条的技术也是不断地更新。

人们手中内存条上的颗粒模样渐渐在变，变得比以前更小、更精致。

变化不仅在表面上，而且这些新型的芯片在适用频率和电气特性上比老前辈又有了长足的进步。

这一结晶应归功新型的内存芯片封装技术所带来的成果。

[编辑本段]

3D封装技术

　　由于电子整机和系统在航空、航天、计算机等领域对小型化、轻型化、薄型化等高密度组装要求的不断提高，在MCM的基础上，对于有限的面积，电子组装必然在二维组装的基础上向z方向发展，这就是所谓的三维（3D）封装技术，这是今后相当长时间内实现系统组装的有效手段。

　　实现3D封装主要有三种方法。

一种是埋置型，即将元器件埋置在基板多层布线内或埋置、制作在基板内部。

电阻和电容一般可随多层布线用厚、薄膜法埋置于多层基板中，而IC芯片一般要紧贴基板。

还可以在基板上先开槽，将IC芯片嵌入，用环氧树脂固定后与