芯片封装

一、什么是芯片封装？

所谓芯片封装，是指半导体集成电路芯片安装外壳，并用导线将芯片上的接点连接到封装外壳的引脚上。芯片外壳不仅起着安放、密封、固定、保护芯片和增强导热性能的作用，还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁。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，芯片封装对CPU和其他LSI芯片都起着重要的作用，新一代CPU的出现常常伴随着新的封装形式的使用。

二、芯片封装技术的发展

自从1971年英特尔设计制造出4位微处理器芯片以来，20多年里，CPU从Intel 4004、80286、80386、80486发展到Pentium、PⅡ、PⅢ、P4，从4位、8位、16位、32位发展到64位；主频从MHz发展到今天的GHz；CPU芯片里集成的晶体管数由2000多个跃升到千万以上；半导体芯片制造技术的规模由SSI、MSI、LSI、VLSI（超大规模集成电路）达到ULSI。封装的输入/输出（I/O）引脚从几十根，逐渐增加到几百根，甚至可能达到2000根。这一切真是一个翻天覆地的变化。

芯片封装对CPU和其他LSI集成电路都起着重要的作用，新一代CPU的出现常常伴随着新的封装形式的使用。芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，从DIP，QFP，PGA，BGA，到CSP再到MCM，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于1，适用频率越来越高，耐温性能越来越好。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。

三、不同类型集成电路芯片的封装

1、组件封装式：适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上安装布线，适合高频使用。该类封装操作方便，可靠性高，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。

2、DIP双列直插式封装：绝大多数中小规模集成电路（IC）均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏引脚。DIP封装适合在PCB（印刷电路板）上穿孔焊接，操作方便。DIP是最普及的插装型封装，应用范围包括标准逻辑IC，存储器和微机电路等。芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。

3、PGA插针网格式：PGA芯片封装，是将芯片插入专门的PGA插座。为使CPU能够更方便地安装和拆卸，从486芯片开始，出现一种名为ZIF的CPU插座，专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求，ZIF是零插拔力的插座。PGA芯片封装方式插拔操作更方便，可靠性高，可适应更高的频率。Intel系列CPU中，80486和Pentium、Pentium Pro均采用这种封装形式。

4、BGA球栅阵列式：当IC的频率超过100MHz时，传统封装方式可能会产生所谓的“CrossTalk（串扰）”现象，而且当IC的管脚数大于208 Pin时，传统的封装方式有其困难度。因此，除使用PQFP封装方式外，现今大多数的高脚数芯片（如图形芯片与芯片组等）皆转而使用BGA(Ball Grid Array Package）封装技术。BGA一出现便成为CPU、主板上南/北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。

BGA芯片封装可靠性大大提高，提高了成品率，改善了电热性能，而且信号传输延迟小，适应频率大大提高。

5、CSP芯片尺寸式：CSP(Chip Size Package）芯片封装技术顺应了当今电子产品个性化、轻巧化趋势。它减小了芯片封装外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封装尺寸就有多大。CSP封装适用于脚数少的芯片，未来则将大量应用在信息家电（IA）、数字电视（DTV）、电子书（E-Book）、无线网络WLAN/GigabitEthemet、ADSL/手机芯片、蓝牙（Bluetooth）等新兴产品中。

6、MCM多芯片模块式：MCM(Multi Chip Module）多芯片模块式芯片封装方式，解决了单一芯片集成度低和功能不够完善的问题。它把多个高集成度、高性能、高可靠性的芯片，在高密度多层互联基板上用SMD技术组成多种多样的电子模块系统。MCM封装系统可靠性大大提高；延迟时间缩小，易于实现模块高速化；缩小整机/模块的封装尺寸和重量。

四、芯片封装材料

芯片封装的作用之一是为了保护环境，避免芯片与外部空气接触。因此必须根据不同类别的集成电路的特定要求和使用场所，采用不同的封装方法和选用不同的封装材料，才能保证封装结构气密性达到规定的要求。

早期芯片封装材料是采用有机树脂和蜡的混合体，用充填或灌注的方法来实现封装的，显然可靠性很差。也曾应用橡胶来进行密封，由于其耐热、耐油及电性能都不理想而被淘汰。使用广泛、性能最为可靠的气密密封材料是玻璃-金属封接、陶瓷-金属封装和低熔玻璃-陶瓷封接。出于大量生产和降低成本的需要，塑料模型封装已经大量涌现，它是以热固性树脂通过模具进行加热加压来完成的，其可靠性取决于有机树脂及添加剂的特性和成型条件，但由于其耐热性较差和具有吸湿性，还不能与其他封接材料性能相当，尚属于半气密或非气密的封接材料。

五、芯片封装步骤

板上芯片封装工艺流程

板上芯片（ChipOnBoard,COB)工艺过程首先是在基底表面用导热环氧树脂(一般用掺银颗粒的环氧树脂)覆盖硅片安放点，然后将硅片直接安放在基底表面，热处理至硅片牢固地固定在基底为止，随后再用丝焊的方法在硅片和基底之间直接建立电气连接。

裸芯片封装技术

裸芯片技术主要有两种形式：一种是COB技术，另一种是倒装片技术（FlipChip）。

板上芯片封装（COB）：半导体芯片交接贴装在印刷线路板上，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，并用树脂覆盖以确保可靠性。虽然COB是最简单的裸芯片贴装技术，但它的封装密度远不如TAB和倒片焊技术。

倒装芯片封装：该技术首先采用铜，然后在芯片与基板之间制作高铅焊球。铜或高铅焊球与基板之间的连接通过易熔焊料来实现。此后不久出现了适用于汽车市场的“封帽上的柔性材料(FOC)”；还有人采用Sn封帽，即蒸发扩展易熔面或E3工艺对C4工艺做了进一步的改进。尽管实现起来比较昂贵，但是倒装芯片可以批量完成，因此还是比较划算的。

六、国内从事ic芯片封装的厂商

内资的大厂：天水华天、江阴长电、南通富士通、无锡华润安盛、宁波明昕等等

外资的大厂：安靠（上海）、上海日月光、金朋芯封（上海）、勤益（上海）、乐山-菲尼克斯

上面是接受对外委托加工的芯片封装厂商，另有一些企业只对本集团内部加工，例如英特尔（上海）、三星苏州、快捷半导体苏州等等。