1. IC封裝的定義
封裝狹義的定義是指安裝集成電路芯片外殼的過程;廣義的定義應(yīng)包括將制備合格的芯片、元件等裝配到載體(Carrier)上,采用適當(dāng)?shù)倪B接技術(shù)形成電氣連接、安裝外殼,構(gòu)成有效組件的整個(gè)過程。安裝集成電路芯片(元件)的外殼,可以采用塑料、金屬、陶瓷、玻璃等材料,通過特定的工藝將芯片(元件)包封起來,使得集成電路在各種環(huán)境和工作條件下能穩(wěn)定、可靠地工作。
微電子封裝(Microelectronic Package)是將微電子產(chǎn)品中各個(gè)單元連接起來實(shí) 現(xiàn)器件功能的技術(shù),是連接芯片內(nèi)部電路和外部電路的橋梁,是實(shí)現(xiàn)芯片功率輸入、輸出與外界連接的途徑。
2. IC封裝的功能
封裝的功能通常包括五個(gè)方面:電源分配、信號(hào)分配、散熱通道、機(jī)械支撐和環(huán)境保護(hù)。
(1)電源分配:電源的接通,使得集成電路芯片能與外部電路進(jìn)行溝通,滿足封裝體內(nèi)部不同部位的電源分配,以優(yōu)化封裝體內(nèi)部能源的消耗。
(2)信號(hào)分配:為使電信號(hào)最大程度減小延遲,布線應(yīng)盡量使得信號(hào)線與芯片的互聯(lián)路徑及通過封裝輸入、輸出引出的路徑優(yōu)化到最短。避免高頻信號(hào)的串?dāng)_。
(3)散熱通道:封裝結(jié)構(gòu)和材料的不同,對(duì)器件的散熱效果將起關(guān)鍵作用。對(duì)于功率特別大的集成電路,還需考慮附加的降溫措施,如:散熱板(片)、風(fēng)冷、水冷等
(4)機(jī)械支撐:封裝可為集成電路芯片和其他部件提供可靠的機(jī)械支撐,以此來適應(yīng)不同的工作環(huán)境和條件的變化。
(5)環(huán)境保護(hù):集成電路在使用過程中,可能會(huì)遇到不同的環(huán)境,有時(shí)甚至在十分惡劣的環(huán)境中使用。為此,封裝對(duì)芯片的環(huán)境保護(hù)作用是顯而易見的。
3. 廣義的封裝層級(jí)
封裝可以分五個(gè)層次:
(1)零級(jí)封裝:晶圓上互連
(2)一級(jí)封裝:將芯片封裝成器件(單芯片或多芯片)
(3)二級(jí)封裝:是指將電子元器件(包括已封裝芯片)安裝到印刷線路板上,主要釬焊方法包括通孔插裝技術(shù)、表面貼裝技術(shù)、芯片直接安裝技術(shù)
(4)三級(jí)封裝:子系統(tǒng)組裝將二級(jí)封裝插到母板上
(5)四級(jí)封裝:整機(jī)電子系統(tǒng)如電子計(jì)算機(jī)等的組裝
4. 封裝類別(與PCB連接方式)
器件的安裝方式可分為通孔插裝(Pin through hole,PTH)和表面貼裝(Surface Mount Technology,SMT)。通孔插裝式元件的引出端是插入式引線,表面貼裝式元件的引出端是扁平引線、焊盤、焊球、凸點(diǎn)等,兩者的區(qū)別如下:
序號(hào) | 項(xiàng)目 | 通孔插裝封裝 | 表面貼裝封裝 |
1 | 引腳數(shù)量 | 除PGA外一般不超過100,PGA不超過500。 | 最多可達(dá)1000以上(例如:) |
2 | 封裝密度 | 與表面貼裝相比,相同的引腳數(shù)量時(shí),封裝面積大,重量大。芯片面積占封裝面積比小,通常在1:10以下。 | 與通孔插裝相比,相同引腳數(shù),封裝面積約為25%~40%,重量約為5%~15%。芯片:封裝面積比最大可超過1:1.14,非常接近1:1。 |
3 | 電性能 | 寄生電感、電阻和電容大,信號(hào)傳輸慢 | 寄生電感、電阻和電容小,傳輸快 |
4 | 自動(dòng)化生產(chǎn) | 體積大、重量大、外形復(fù)雜,需要多種插裝機(jī) | 體積小、重量輕,貼裝更容易 |
5 | 生產(chǎn)成本 | 材料成本高,生產(chǎn)效率低 | 材料成本低,生產(chǎn)效率高 |
6 | 可靠性 | 焊點(diǎn)缺陷率高,不耐機(jī)械沖擊和高頻振動(dòng) | 焊點(diǎn)缺陷率低50%以上,具有良好的耐機(jī)械沖擊及耐高頻振動(dòng)能力 |
7 | 環(huán)境保護(hù) | 封裝材料使用量大 | 封裝材料使用量少 |