新闻资讯

news center

科普 | 芯片封装技术发展的四个阶段,你了解吗?


  随着半导体行业的快速发展,芯片的特征尺越来越小,对芯片集成度的要求越来越高,为了在芯片表面积有限的情况下满足高密度的集成要求,各种先进的封装技术应运而生,向着高密度、高脚位、薄型化、小型化的方向发展,其发展大致可分为四个阶段。

  第一阶段

  20世纪70年代是通孔插装时代,以双列直插封装(DIP)为代表,DIP适合在印刷电路板上穿孔焊接,操作方便。在衡量一个芯片封装技术是否先进的重要指标是芯片面积和封装面积之比越接近于1,这种封装技术越先进。DIP封装因为芯片面积和封装面积之比相差大,故封装完成后体积也比较大,因此在无法满足小型化等要求的情况下而逐步被淘汰。

  第二阶段

  20世纪80年代是表面贴装时代,以薄型小尺寸封装技术(TSOP)为代表,到目前为止依然保留着内存封装的主流地位。改进的TSOP技术依然被三星、现代、Kingston等内存制造商所采用。

  第三阶段

  20世纪90年代出现了跨越式发展,进入了面积阵列封装时代,该阶段出现了球栅阵列封装(BGA)为代表的先进封装技术,这种技术在缩减体积的同时提高了系统性能。其次还有芯片尺寸封装(CSP)、无引线四边扁平封装(PQFN)、多芯片组件(MCM)。BGA技术的成功开发,让一直落后于芯片发展的封装终于追上了芯片发展的步伐,CSP技术解决了长期存在的芯片小,封装大的矛盾,引发了集成电路封装领域的技术革命。

  第四阶段

  进入21世纪,封装技术迎来了三维封装、系统级封装的时代。它在封装观念上发生了革命性的变化,从原来的封装元件概念演变成封装系统,主要有系统级芯片封装(SoC)、微机电系统封装(MEMS)。

  从材料介质方面,半导体封装包括金属、塑料、陶瓷、玻璃等。在军工和航天方面,由于芯片工作环境恶劣,所以大部分采用的是金属封装。陶瓷封装在电、热、机械等特性方面极其稳定,并且有较好的气密性保护和优良的可靠度,但与塑料封装相比,它的工艺温度和成本都较高。

  各阶段具有代表性及常见的封装类型

  双列直插式封装(DIP)

  DIP是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个。采用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。Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式,缓存和早期的内存芯片也是这种封装形式。

  DIP封装具有以下的特点:

  适合在印刷电路板上穿孔安装,操作方便;

  芯片面积与封装面积之间的比值较大,故封装体积也较大;

  薄型小尺寸封装(TSOP)

  TSOP内存是在芯片的周围做出引脚,采用SMT技术(表面安装技术)直接附着在PCB板的表面,在刚出现时就得到业界广泛的认可,因此得到了极为广泛的应用。

  TSOP封装具有以下的特点:

  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;

  技术简单、成品率高、造价低廉等优点;

  方形扁平无引脚封装(QFN)

  方形扁平无引脚封装(QFN),表面贴装型封装之一,QFN与TSOP完全不同,TSOP封装仍有引脚,而QFN封装则完全没有任何引脚,而是在四侧配置有电极触点。

  QFN封装具有以下特点:

  QFN封装具有优异的导热性;

  能提供优异的电性能;

  体积小、重量轻;

  球栅阵列封装(BGA)

  球栅阵列封装简称BGA,采用BGA技术封装的内存,可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍,BGA封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面。

  BGA封装具有以下特点:

  有较好的电热性能;

  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;

  芯片级封装(CSP)

  芯片级封装简称CSP,是新一代的内存芯片封装技术。CSP封装可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14,已经相当接近1:1的理想情况,绝对尺寸也仅有32平方毫米,约为普通的BGA的1/3,仅仅相当于TSOP内存芯片面积的1/6。与BGA封装相比,同等空间下CSP封装可以将存储容量提高三倍。

  CSP封装具有以下特点:

  CSP封装是面积最小,厚度最小的封装技术;

  CSP输入\输出端数相比其他封装技术可以做得更多;

  电性能、热性能好等特点;

  晶圆级芯片封装(WLCSP)

  晶圆级芯片封装(WLCSP),WLCSP与传统的封装方式有所不同,传统的封装方式是先先切割再封测,而WLCSP是先在整片晶圆上进行封装测试,然后再一个个切割下来,因此封装后的体积和IC裸晶的尺寸大致相等。这种封装方式不仅仅缩小了封装的体积,而且符合对集体空间的高密度需求,同时在性能方面也得到了提升。

  WLCSP封装具有以下的特点:

  有效缩减了封装体积;

  数据传输路径短、稳定性高;

  具有优异的散热性;

  微机电系统封装(MEMS)

  微机电系统简称MEMS,是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源、微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。MEMS是一项革命性的新技术,广泛应用于高新技术产业,其内部结构一般在微米甚至纳米量级,是一个独立的智能系统。

  MEMS封装具有以下特点:

  微型化、智能化、多功能、高集成度;

  适于大批量生产;

  综上,目前全球半导体封装正处在第三阶段的成熟期和快速发展期,以TSOP、BGA等主要封装形式为主流,并且进入大规模应用时期,同时向第四阶段发展。从发展历程可以看出,半导体封装技术的发展趋势可归纳为有引脚到无引脚,芯片级封装到晶圆级封装,二维封装到三维封装,从封装原件到封装系统的演变。

  ——本文部分内容来自百度百科

  (文中素材来自于网络公开信息,侵删,谢谢)