Опаковка на чипс

Обвивката, използвана за инсталиране на чипа с полупроводникова интегрална схема, играе ролята на поставяне, фиксиране, запечатване, защита на чипа и подобряване на електротермичните характеристики, а също така е мост за комуникация на вътрешния свят на чипа с външната верига - контактите на чипа са свързани към обвивката на опаковката с проводници На щифтовете тези щифтове са свързани към други устройства чрез проводниците на печатната платка. Следователно опаковката играе важна роля за процесорите и другите LSI интегрални схеми.

Откакто Intel Corporation проектира и произвежда 4-битови микропроцесорни чипове през 1971 г., през последните 20 години процесорите се развиха от Intel 4004, 80286, 80386, 80486 до Pentium, PⅡ, PⅢ, P4, от 4- бит, 8-бит, 16-бит, 32-бит се е развил до 64-бит; основната честота се е развила от MHz до днешните GHz; броят на транзисторите, интегрирани в процесорния чип, е скочил от повече от 2 000 до повече от 10 милиона; мащабът на технологията за производство на полупроводници се е променил от SSI, MSI, LSI, VLSI (много мащабна IC) до ULSI. Входно/изходните (I/O) щифтове на пакета постепенно се увеличават от десетки до стотици и дори може да достигнат 2000. Всичко това е голяма промяна.

Често използвани интегрални схеми

Често използвани интегрални схеми

Всеки вече е запознат с процесора, 286, 386, 486, Pentium, PII, Celeron, K6, K6-2, Athlon... Вярвам, че можете да изброите дълъг списък като няколко. Но що се отнася до опаковането на процесори и други големи интегрални схеми, не много хора го знаят. Така нареченият пакет се отнася до обвивката, използвана за инсталиране на чипа на полупроводниковата интегрална схема. Той не само играе ролята на поставяне, фиксиране, запечатване, защита на чипа и подобряване на топлопроводимостта, но също така служи като мост между вътрешния свят на чипа и външната верига - контактът на чипа. Проводниците са свързани към щифтове на корпуса на пакета, а тези щифтове са свързани към други устройства чрез проводници на печатната платка. Следователно опаковката играе важна роля за процесорите и другите LSI (Large Scalc Integrat~on) интегрални схеми и появата на ново поколение процесори често е придружена от използването на нови форми на опаковка. Технологията за опаковане на чипове е преминала през няколко поколения промени, от DIP, QFP, PGA, BGA, до CSP и след това до MCM, техническите индикатори са все по-напреднали от поколение на поколение, включително съотношението на площта на чипа към площта на пакета е приближаване до 1, приложимо Честотата става все по-висока и по-висока, а температурната устойчивост става все по-добра и по-добра. Увеличен брой щифтове, намалена стъпка на щифтовете, намалено тегло, подобрена надеждност.

Инкапсулиране на компоненти

Пакетът PQFP (Plastic Quad Flat Package) има много малко разстояние между щифтовете на чипа, а щифтовете са много тънки. Обикновено големите или свръхголемите интегрални схеми приемат тази форма на опаковка и броят на изводите обикновено е повече от 100. Чиповете, опаковани в тази форма, трябва да използват SMD (технология за повърхностно монтиране на устройства), за да запоят чипа към дънната платка. Чиповете, инсталирани от SMD, не трябва да пробиват дупки в дънната платка и обикновено имат проектирани спойки за съответните щифтове на повърхността на дънната платка. Подравнете щифтовете на чипа със съответните спойки и след това може да се осъществи запояването с основната платка. Запоените по този начин чипове трудно се разглобяват без специални инструменти.

Чиповете, пакетирани по метода PFP (Plastic Flat Package), са основно същите като метода PQFP. Единствената разлика е, че PQFP обикновено е квадратен, докато PFP може да бъде квадратен или правоъгълен.

Характеристика:

1. Подходящ е за SMD технология за повърхностен монтаж за инсталиране и свързване към печатни платки.

2. Подходящ за високочестотна употреба. ⒊Лесен за работа и висока надеждност.

4. Съотношението между площта на чипа и площта на опаковката е малко.

80286, 80386 и някои 486 дънни платки в серията процесори на Intel използват този пакет.

За SMD, PQFP и PFP и др. запояване или разпояване:

Решетка BGA Ball Grid Array

С развитието на технологията на интегралните схеми изискванията за опаковане на интегрални схеми са по-строги. Това е така, защото технологията на опаковане е свързана с функционалността на продукта. Когато честотата на IC надвиши 100 MHz, традиционният метод на опаковане може да доведе до така наречения феномен "CrossTalk (кръстосано преследване)", а когато броят на изводите на IC е по-голям от 208 Pin, традиционното капсулиране има своите трудности. Следователно, в допълнение към използването на PQFP опаковка, повечето от днешните чипове с голям брой пинове (като графични чипове и чипсети и т.н.) са се обърнали към BGA (Ball Grid Array Package) технология за пакетиране. Веднага след като BGA се появи, той стана най-добрият избор за пакети с много изводи с висока плътност, висока производителност, като процесори и чипове южен/северен мост на дънни платки.

BGA технологията за опаковане може да бъде разделена на пет категории

1. PBGA (Plastic BGA) субстрат: обикновено многослойна платка, съставена от 2-4 слоя органични материали. Сред процесорите от серията Intel, всички процесори Pentium Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ използват този пакет.

2. CBGA (CeramicBGA) субстрат: това е керамичен субстрат. Електрическата връзка между чипа и субстрата обикновено се инсталира чрез обръщащ се чип (FlipChip, накратко FC). Сред процесорите от серията Intel, всички процесори Pentium I, II и Pentium Pro са използвали този пакет.

⒊FCBGA (FilpChipBGA) субстрат: твърд многослоен субстрат.

⒋TBGA (TapeBGA) субстрат: Субстратът е лентова платка с мек 1-2 слой PCB.

5. Субстрат CDPBGA (Carity Down PBGA): отнася се за зоната на чипа (известна също като зоната на кухината) с квадратна вдлъбнатина в центъра на опаковката.

Характеристика:

1. Въпреки че броят на I/O щифтовете се е увеличил, разстоянието между щифтовете е много по-голямо от това на QFP метода на опаковане, което подобрява добива.

2. Въпреки че консумацията на енергия на BGA се увеличава, електротермичните характеристики могат да бъдат подобрени поради използването на заваряване на чипове с контролирано сгъване.

⒊Закъснението при предаване на сигнала е малко и честотата на адаптиране е значително подобрена.

4. Копланарно заваряване може да се използва за сглобяване и надеждността е значително подобрена.

След повече от десет години развитие, BGA методът на опаковане навлезе в практическата фаза. През 1987 г. известната компания Citizen започва да разработва чипове (т.е. BGA), опаковани в пластмасови топкови решетки. След това компании като Motorola и Compaq също се присъединиха към редиците на разработващите BGA. През 1993 г. Motorola пое водеща роля в прилагането на BGA към мобилни телефони. През същата година Compaq го прилага и на работни станции и компютри. Допреди пет или шест години Intel Corporation започна да използва BGA в компютърни процесори (т.е. Pentium II, Pentium III, Pentium IV и т.н.) и чипсети (като i850), които изиграха роля в подхранването на разширяването на областите на BGA приложение . BGA се превърна в изключително популярна IC технология за опаковане. Глобалният му пазарен размер беше 1,2 милиарда броя през 2000 г. Изчислено е, че пазарното търсене през 2005 г. ще се увеличи с повече от 70 процента в сравнение с 2000 г.

Размер на CSP чипа

С глобалното търсене на персонализирани и леки електронни продукти, технологията за опаковане напредна до CSP (Chip Size Package). Той намалява размера на контура на пакета на чипа, така че размерът на пакета да може да бъде толкова голям, колкото размера на чистия чип. Това означава, че дължината на страната на опакования IC е не повече от 1,2 пъти по-голяма от тази на чипа, а площта на IC е само 1,4 пъти по-голяма от матрицата.

CSP опаковката може да бъде разделена на четири категории

⒈Тип оловна рамка (традиционна форма на оловна рамка), представителните производители включват Fujitsu, Hitachi, Rohm, Goldstar и т.н.

2. Rigid Interposer Type (твърд тип interposer), представителните производители включват Motorola, Sony, Toshiba, Panasonic и т.н.

⒊Flexible Interposer Type (тип мек interposer), най-известният от които е microBGA на Tessera, и sim-BGA на CTS също използва същия принцип. Други представени производители включват General Electric (GE) и NEC.

⒋Пакет с ниво на вафла (опаковка с размер на вафла): За разлика от традиционния метод за опаковане на един чип, WLCSP е да нареже цялата вафла на отделни чипове. Той твърди, че е бъдещият основен поток на технологията за опаковане и е инвестиран в научноизследователска и развойна дейност. Включително FCT, Aptos, Casio, EPIC, Fujitsu, Mitsubishi Electronics и др.

Характеристика:

1. Той отговаря на нарастващите нужди от I/O щифтове на чипове.

2. Съотношението между площта на чипа и площта на опаковката е много малко.

⒊ значително съкращава времето на забавяне.

CSP опаковката е подходяща за ИС с малък брой щифтове, като памети и преносими електронни продукти. В бъдеще ще се използва широко в информационни устройства (IA), цифрова телевизия (DTV), електронни книги (E-Book), безжична мрежа WLAN/GigabitEthemet, ADSL/чип за мобилен телефон, Bluetooth (Bluetooth) и други нововъзникващи продукти.

И BGA, CSP, TBGA и PBGA запояване и разпояване: