Упаковка чіпсів

Оболонка, яка використовується для встановлення чіпа напівпровідникової інтегральної схеми, відіграє роль розміщення, фіксації, герметизації, захисту чіпа та підвищення електротермічних характеристик, а також є мостом для зв’язку між внутрішнім світом чіпа та зовнішньою схемою – контактами. на мікросхемі з’єднані з пакувальною оболонкою за допомогою проводів. На контактах ці контакти з’єднані з іншими пристроями через дроти на друкованій платі. Таким чином, упаковка відіграє важливу роль для процесорів та інших інтегральних схем LSI.

Оскільки корпорація Intel розробила та виготовила 4-розрядні мікропроцесорні мікросхеми в 1971 році, за останні 20 років процесори розвинулися від Intel 4004, 80286, 80386, 80486 до Pentium, PⅡ, PⅢ, P4, від 4- біт, 8-біт, 16-біт, 32-біт розвинувся до 64-біт; основна частота розвинулася від МГц до сьогоднішніх ГГц; кількість транзисторів, вбудованих у мікросхему центрального процесора, підскочила з понад 2000 до понад 10 мільйонів; масштаб технології виробництва напівпровідників змінився від SSI, MSI, LSI, VLSI (дуже великомасштабної IC) до ULSI. Кількість контактів вводу/виводу (I/O) пакету поступово збільшується від десятків до сотень і навіть може досягати 2000. Усе це кардинальна зміна.

Часто використовувані інтегральні схеми

Часто використовувані інтегральні схеми

Усі вже знайомі з ЦП, 286, 386, 486, Pentium, PII, Celeron, K6, K6-2, Athlon... Думаю, ви можете перерахувати довгий список. Але коли мова заходить про упаковку процесорів та інших великих інтегральних схем, мало хто про це знає. Так званий пакет відноситься до оболонки, яка використовується для встановлення мікросхеми напівпровідникової інтегральної схеми. Він не тільки виконує роль розміщення, фіксації, герметизації, захисту чіпа та підвищення теплопровідності, але також служить мостом між внутрішнім світом чіпа та зовнішньою схемою — контактом на чіпі. Дроти під’єднані до контактів на корпусі упаковки, а ці контакти підключені до інших пристроїв через дроти на друкованій платі. Таким чином, упаковка відіграє важливу роль для ЦП та інших інтегральних схем LSI (Large Scalc Integrat~on), і поява нового покоління ЦП часто супроводжується використанням нових форм упаковки. Технологія упаковки мікросхем пройшла через кілька поколінь змін, від DIP, QFP, PGA, BGA до CSP, а потім до MCM, технічні показники стають все більш досконалими від покоління до покоління, включаючи співвідношення площі мікросхеми до площі упаковки. наближається до 1, застосовно Частота стає все вищою і вищою, а стійкість до температури стає все кращою і кращою. Збільшена кількість штифтів, зменшений крок штифтів, зменшена вага, підвищена надійність.

Інкапсуляція компонентів

Пакет PQFP (Plastic Quad Flat Package) має дуже малу відстань між контактами мікросхеми, а контакти дуже тонкі. Як правило, великомасштабні або надвеликі інтегральні схеми приймають цю форму упаковки, і кількість контактів, як правило, перевищує 100. Мікросхеми, упаковані в такій формі, повинні використовувати SMD (технологію пристроїв для поверхневого монтажу) для припаювання мікросхеми до материнської плати. Мікросхеми, встановлені за допомогою SMD, не потребують пробивання отворів на материнській платі, і, як правило, вони мають призначені паяні з’єднання для відповідних контактів на поверхні материнської плати. Вирівняйте контакти мікросхеми з відповідними паяними з’єднаннями, після чого можна здійснити пайку з основною платою. Спаяні таким чином мікросхеми важко розібрати без спеціальних інструментів.

Чіпси, упаковані за методом PFP (Plastic Flat Package), в основному такі ж, як метод PQFP. Єдина відмінність полягає в тому, що PQFP зазвичай квадратний, а PFP може бути квадратним або прямокутним.

особливості:

1. Він підходить для технології поверхневого монтажу SMD для встановлення та підключення до друкованих плат.

2. Підходить для високочастотного використання. ⒊Простота в експлуатації та висока надійність.

4. Співвідношення між площею мікросхеми та площею упаковки невелике.

80286, 80386 і деякі материнські плати 486 у процесорах серії Intel використовують цей пакет.

Для SMD, PQFP і PFP тощо паяння або відпаювання:

Масив кульової сітки BGA

З розвитком технології інтегральних схем вимоги до упаковки інтегральних схем стають більш суворими. Це тому, що технологія упаковки пов’язана з функціональністю товару. Коли частота мікросхеми перевищує 100 МГц, традиційний метод упаковки може спричинити так званий феномен «CrossTalk (перехресні перешкоди)», а коли кількість контактів мікросхеми перевищує 208 контактів, традиційна інкапсуляція має свої труднощі. Таким чином, окрім використання упаковки PQFP, більшість сучасних чіпів із великою кількістю контактів (таких як графічні чіпи та набори мікросхем тощо) перейшли до технології упаковки BGA (Ball Grid Array Package). Як тільки BGA з'явилася, вона стала найкращим вибором для багатоконтактних пакетів з високою щільністю, високою продуктивністю, таких як процесори та мікросхеми південного/північного мосту на материнських платах.

Технологію упаковки BGA можна розділити на п'ять категорій

1. Підкладка PBGA (Plastic BGA): зазвичай багатошарова плата, що складається з 2-4 шарів органічних матеріалів. Серед процесорів серії Intel усі процесори Pentium Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ використовують цей пакет.

2. Підкладка CBGA (CeramicBGA): тобто керамічна підкладка. Електричне з'єднання між чіпом і підкладкою зазвичай встановлюється за допомогою фліп-чіпа (скорочено FlipChip, FC). Серед процесорів серії Intel процесори Pentium I, II і Pentium Pro використовували цей пакет.

⒊Підкладка FCBGA (FilpChipBGA): тверда багатошарова підкладка.

⒋Підкладка TBGA (TapeBGA): підкладка являє собою друковану плату друкованої плати з м’яким шаром 1-2 у формі стрічки.

5. Підкладка CDPBGA (Carity Down PBGA): відноситься до області мікросхеми (також відомої як зона порожнини) з квадратним поглибленням у центрі упаковки.

особливості:

1. Хоча кількість контактів вводу/виводу збільшилася, відстань між контактами набагато більша, ніж у методі упаковки QFP, що покращує продуктивність.

2. Незважаючи на те, що енергоспоживання BGA збільшується, електротермічну продуктивність можна покращити завдяки використанню зварювання стружки з контрольованим згортанням.

⒊Затримка передачі сигналу мала, а частота адаптації значно покращена.

4. Для складання можна використовувати компланарне зварювання, що значно підвищує надійність.

Після більш ніж десяти років розробки метод упаковки BGA вийшов на практичну стадію. У 1987 році відома компанія Citizen почала розробляти мікросхеми (тобто BGA), упаковані в масиви пластикових кулькових сіток. Потім такі компанії, як Motorola та Compaq, також приєдналися до лав розробників BGA. У 1993 році Motorola взяла на себе лідерство у застосуванні BGA для мобільних телефонів. У тому ж році Compaq також застосував його на робочих станціях і ПК. Ще п’ять-шість років тому корпорація Intel почала використовувати BGA в комп’ютерних процесорах (тобто Pentium II, Pentium III, Pentium IV тощо) і чіпсетах (таких як i850), що відіграло важливу роль у розширенні областей застосування BGA. . BGA стала надзвичайно популярною технологією упаковки IC. Розмір його світового ринку становив 1,2 мільярда штук у 2000 році. За оцінками, ринковий попит у 2005 році зросте більш ніж на 70 відсотків порівняно з 2000 роком.

Розмір мікросхеми CSP

Завдяки глобальному попиту на персоналізовані та легкі електронні вироби технологія упаковки просунулася до CSP (Chip Size Package). Це зменшує розмір контуру упаковки чіпа, так що розмір упаковки може бути таким же великим, як і розмір чистого чіпа. Тобто довжина сторони упакованої мікросхеми не більше ніж у 1,2 рази більша за площу мікросхеми, а площа мікросхеми лише в 1,4 рази більша за площу матриці.

Упаковку CSP можна розділити на чотири категорії

⒈Тип свинцевої рами (традиційна форма свинцевої рами), представлені виробники включають Fujitsu, Hitachi, Rohm, Goldstar тощо.

2. Жорсткий тип інтерпозера (тип жорсткого інтерпозера), репрезентативні виробники включають Motorola, Sony, Toshiba, Panasonic тощо.

⒊Flexible Interposer Type (тип м’якого інтерпозера), найвідомішим з яких є microBGA Tessera, і sim-BGA CTS також використовує той самий принцип. Інші представлені виробники включають General Electric (GE) і NEC.

⒋Wafer Level Package (упаковка розміру вафельної пластини): на відміну від традиційного методу упаковки з одним чіпом, WLCSP розрізає всю пластину на окремі чіпи. Він претендує на те, щоб стати основним потоком пакувальних технологій і був вкладений у дослідження та розробки. У тому числі FCT, Aptos, Casio, EPIC, Fujitsu, Mitsubishi Electronics тощо.

особливості:

1. Він відповідає зростаючим потребам у контактах вводу-виводу мікросхеми.

2. Співвідношення між площею мікросхеми та площею упаковки дуже мале.

⒊ значно скоротити час затримки.

Упаковка CSP підходить для мікросхем із невеликою кількістю контактів, таких як карти пам’яті та портативні електронні вироби. У майбутньому він буде широко використовуватися в інформаційних пристроях (IA), цифровому телебаченні (DTV), електронній книзі (E-Book), бездротовій мережі WLAN/GigabitEthemet, ADSL/чіпі мобільного телефону, Bluetooth (Bluetooth) та інших нових продуктів.

А також паяння та розпаювання BGA, CSP, TBGA і PBGA: