封装形式与封装发展

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(Dual ln-line Package)。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=(3 x3)/(15.24 x 50)=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Thin Small Outline Package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(Ball Grid Array Package)。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Intel BX、VIA MVP3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。

封装形式

OPGA封装OPGA(Organic pin grid Array，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Athlon 64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Ceramic PGA。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“Plastic Pin Grid Array”，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。S.E.C.C.封装“S.E.C.C.”是“Single Edge Contact Cartridge”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“Single Edge Processor”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Intel Celeron 处理器。PLGA封装PLGA是Plastic Land Grid Array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Socket 775接口的CPU采用了此封装。CuPGA封装CuPGA是Lidded Ceramic Package Grid Array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。