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集成电路封装业的进展

发布时间:2007/8/29 0:00:00 访问次数:421

IC封装始于30多年以前。当时采用金属和陶瓷两大类封壳,它们曾经是电子工业界的“辕马”,凭借其结实、可靠、散热好、功耗大、能承受严酷环境条件等优点,所以广泛满足了消费类电子产品及空间电子产品的需求。但仍有诸多制约因素,即重量、成本、封装密度及引脚数。

    最早的金属壳是TO型,俗称“礼帽型”;陶瓷壳则是扁平长方形。大约在六十年代中期,仙意公司开发出塑料双列直插封装壳(PDIP),有8条引线。随着硅技术的成长,芯片尺寸愈来愈大,相应的封壳也要变大,到六十年代末,较大的四边有引线的封装出现了。在六、七十年代,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就可以接受。但终究大封壳占用PCB面积多,于是开发出无引线陶瓷芯片载体(LCCC)。到了1976~1977年间,它的变体—塑料有引线芯片载体PLCC被开发出来,且生存了约十年,引脚数从16到132。

    八十年代中期开发出的四边扁平封装(QFP)接替了PLCC。当时有BQFP(凸缘QFP)和MQFP(公制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TQFP(薄型QFP)、VQFP(细引脚间距QFP)、SQFP(缩小型QFP)、PQFP(塑封QFP)、MatalQFP(金属壳QFP)、TapeQFP(载带QFP)等。这些QFP均适合表面贴装。但结构仍占用太多的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,相应的壳子也要尽量小。实际上1968~1969年飞利浦公司就开发出小外形封装(SOP)。以后逐渐派生出SOJ(J型引脚小外形封装)、TSOP(薄小外形封装)、VSOP(甚小外形封装)、SSOP(缩小型SOP)、TSSOP(薄的缩小型SOP)及SOT(小外形晶体管)、SOIC(小外形集成电路)等。因此,IC的塑封壳有两大类:四边扁平型和小外形壳。前者适用于引脚数多者;后者对引脚数少者适合。

    半导体工业飞速发展,一个芯片完成的功能愈来愈多,需要的外引脚数也不断增加,再停留在周边布置引线的老模式上,即使把引线间距再缩小,其局限性也日渐突出,于是有了改周边排列为面阵排列的新概念。这样就诞生了阵列式封装。

阵列式封装最早是PGA(针栅阵列),引脚为针式。将引脚形状变通为球形凸点,即有BGA(球栅阵列);球改为柱式就是CGA(柱栅阵列)。后来更有TBGA(载带BGA)、MBGA(金属封装BGA)、CBGA(陶瓷BGA)、FCBGA(倒装焊BGA)、PBGA(塑封BGA)、EPBGA(增强塑封BGA)、D2BGA(芯片尺寸BGA)、MiniBGA(小型BGA)、MicroBGA(微小型BGA)及C2BGA(可控塌陷BGA)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在六十年代开发的C4(可控塌陷芯片连接)技术。以后有COB(板上芯片)、COF(柔性板上芯片)及LOC(芯片上引线)等。但裸芯片面临一个确认优质芯片(KGD)问题。因此,摆出了既给IC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CSP(芯片尺寸封装)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。

另一种封装形式是由贝尔实验室大约在1962年提出来的,而由IBM付储实现的TCP(带式载体封装)。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,未被广泛应用。

    上述种类繁多的封装,其实都源自六十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、电响应、可靠性、热耗散,价格等。尽管已有这么多封密可供选择,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。

    我们可以这样粗略地归纳封装的发展进程:结构方面是TO→DIP→LCC→QFP→BGA →CSP;材料方面是金属、陶瓷→陶瓷、塑料→塑料;引脚形状是长引线直插→短引线或无引线贴装→球状凸点;装配方式是通孔插装→表面组装→直接安装。

IC封装始于30多年以前。当时采用金属和陶瓷两大类封壳,它们曾经是电子工业界的“辕马”,凭借其结实、可靠、散热好、功耗大、能承受严酷环境条件等优点,所以广泛满足了消费类电子产品及空间电子产品的需求。但仍有诸多制约因素,即重量、成本、封装密度及引脚数。

    最早的金属壳是TO型,俗称“礼帽型”;陶瓷壳则是扁平长方形。大约在六十年代中期,仙意公司开发出塑料双列直插封装壳(PDIP),有8条引线。随着硅技术的成长,芯片尺寸愈来愈大,相应的封壳也要变大,到六十年代末,较大的四边有引线的封装出现了。在六、七十年代,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就可以接受。但终究大封壳占用PCB面积多,于是开发出无引线陶瓷芯片载体(LCCC)。到了1976~1977年间,它的变体—塑料有引线芯片载体PLCC被开发出来,且生存了约十年,引脚数从16到132。

    八十年代中期开发出的四边扁平封装(QFP)接替了PLCC。当时有BQFP(凸缘QFP)和MQFP(公制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TQFP(薄型QFP)、VQFP(细引脚间距QFP)、SQFP(缩小型QFP)、PQFP(塑封QFP)、MatalQFP(金属壳QFP)、TapeQFP(载带QFP)等。这些QFP均适合表面贴装。但结构仍占用太多的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,相应的壳子也要尽量小。实际上1968~1969年飞利浦公司就开发出小外形封装(SOP)。以后逐渐派生出SOJ(J型引脚小外形封装)、TSOP(薄小外形封装)、VSOP(甚小外形封装)、SSOP(缩小型SOP)、TSSOP(薄的缩小型SOP)及SOT(小外形晶体管)、SOIC(小外形集成电路)等。因此,IC的塑封壳有两大类:四边扁平型和小外形壳。前者适用于引脚数多者;后者对引脚数少者适合。

    半导体工业飞速发展,一个芯片完成的功能愈来愈多,需要的外引脚数也不断增加,再停留在周边布置引线的老模式上,即使把引线间距再缩小,其局限性也日渐突出,于是有了改周边排列为面阵排列的新概念。这样就诞生了阵列式封装。

阵列式封装最早是PGA(针栅阵列),引脚为针式。将引脚形状变通为球形凸点,即有BGA(球栅阵列);球改为柱式就是CGA(柱栅阵列)。后来更有TBGA(载带BGA)、MBGA(金属封装BGA)、CBGA(陶瓷BGA)、FCBGA(倒装焊BGA)、PBGA(塑封BGA)、EPBGA(增强塑封BGA)、D2BGA(芯片尺寸BGA)、MiniBGA(小型BGA)、MicroBGA(微小型BGA)及C2BGA(可控塌陷BGA)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在六十年代开发的C4(可控塌陷芯片连接)技术。以后有COB(板上芯片)、COF(柔性板上芯片)及LOC(芯片上引线)等。但裸芯片面临一个确认优质芯片(KGD)问题。因此,摆出了既给IC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CSP(芯片尺寸封装)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。

另一种封装形式是由贝尔实验室大约在1962年提出来的,而由IBM付储实现的TCP(带式载体封装)。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,未被广泛应用。

    上述种类繁多的封装,其实都源自六十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、电响应、可靠性、热耗散,价格等。尽管已有这么多封密可供选择,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。

    我们可以这样粗略地归纳封装的发展进程:结构方面是TO→DIP→LCC→QFP→BGA →CSP;材料方面是金属、陶瓷→陶瓷、塑料→塑料;引脚形状是长引线直插→短引线或无引线贴装→球状凸点;装配方式是通孔插装→表面组装→直接安装。

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