集成电路封装威廉希尔官方网站 是怎样发展起来的？

自从美国Intel公司1971年设计制造出4位微处理器芯片以来，在20多年时间内，CPU从Intel4004、80286、80386、80486发展到Pentium和PentiumⅡ，数位从4位、8位、16位、32位发展到64位；主频从几兆到今天的400MHz以上；CPU芯片里集成的晶体管数由2000个跃升到500万个以上；半导体制造威廉希尔官方网站 的规模由SSI、MSI、LSI、VLSI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，下世纪初可能达2千根。这一切真是一个翻天覆地的变化。

谈到CPU和其他大规模集成电路的封装，也许并不是很多人知道。所谓封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁--芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装对CPU和其他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。

芯片的封装威廉希尔官方网站 已经历了好几代的变迁，从DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM，威廉希尔官方网站 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。

1 DIP封装

70年代流行的是双列直插封装，简称DIP（Dual In-line Package）。DIP封装结构具有以下特点：

（1）适合PCB的穿孔安装

（2）比TO型封装易于对PCB布线

（3）操作方便

DIP封装结构形式有：多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP（含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装式）。

衡量一个芯片封装威廉希尔官方网站 先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。以采用40根I/O引脚塑料包封双列直插式封装（PDIP）的CPU为例，其芯片面积/封装面积=3×3/15.24×50=1：86，离1相差很远。不难看出，这种封装尺寸远比芯片大，说明封装效率很低，占去了很多有效安装面积。

2 芯片载体封装

80年代出现了芯片载体封装，其中有陶瓷无引线芯片载体LCCC（Leadless Ceramic Chip Carrier）、塑料有引线芯片载体PLCC（Plastic Leaded Chip Carrier）、小尺寸封装SOP（Small Outline Package）、塑料四边引出扁平封装PQFP（Plastic Quad Flat Package）。

以0.5mm焊区中心距，208根I/O引脚的QFP封装的CPU为例，外形尺寸28×28mm，芯片尺寸10×10mm，则芯片面积/封装面积=10×10/28×28=1：7.8，由此可见QFP比DIP的封装尺寸大大减小。QFP的特点是：

（1）适合用SMT表面安装威廉希尔官方网站 在PCB上安装布线

（2）封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应用

（3）操作方便

（4）可靠性高

在这期间，Intel公司的CPU，如Intel 80386就采用塑料四边引出扁平封装PQFP。

3 BGA封装

90年代随着集成威廉希尔官方网站 的进步、设备的改进和深亚微米威廉希尔官方网站 的使用，LSI、VLSI、ULSI相继出现，硅单芯片集成度不断提高，对集成电路封装要求更加严格，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大。为满足发展的需要，在原有封装品种基础上，又增添了新的品种--球栅阵列封装，简称BGA（Ball Grid Array Package）。

BGA一出现便成为CPU、南北桥等VLSI芯片的高密度、高性能、多功能及高I/O引脚封装的最佳选择。其特点有：

（1）I/O引脚数虽然增多，但引脚间距远大于QFP，从而提高了组装成品率；

（2）虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，简称C4焊接，从而可以改善它的电热性能：

（3）厚度比QFP减少1/2以上，重量减轻3/4以上；

（4）寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高；

（5）组装可用共面焊接，可靠性高；

（6）BGA封装仍与QFP、PGA一样，占用基板面积过大；

Intel公司对这种集成度很高（单芯片里达300万只以上晶体管），功耗很大的CPU芯片，如Pentium、Pentium Pro、Pentium Ⅱ采用陶瓷针栅阵列封装CPGA和陶瓷球栅阵列封装CBGA，并在外壳上安装微型排风扇散热，从而达到电路的稳定可靠工作。

4 面向未来的新的封装威廉希尔官方网站

BGA封装比QFP先进，更比PGA好，但它的芯片面积/封装面积的比值仍很低。

Tessera公司在BGA基础上做了改进，研制出另一种称为μBGA的封装威廉希尔官方网站 ，按0.5mm焊区中心距，芯片面积/封装面积的比为1:4，比BGA前进了一大步。

日本三菱电气研究出的一种芯片面积/封装面积=1:1.1的封装结构，其封装外形尺寸只比裸芯片大一点点。也就是说，单个IC芯片有多大，封装尺寸就有多大，从而诞生了一种新的封装形式，命名为芯片尺寸封装，简称CSP（Chip Size Package或Chip Scale Package）。

CSP封装具有以下特点：

（1）满足了LSI芯片引出脚不断增加的需要

（2）解决了IC裸芯片不能进行交流参数测试和老化筛选的问题

（3）封装面积缩小到BGA的1/4至1/10，延迟时间缩小到极短

曾有人想，当单芯片一时还达不到多种芯片的集成度时，能否将高集成度、高性能、高可靠的CSP芯片（用LSI或IC）和专用集成电路芯片（ASIC）在高密度多层互联基板上用表面安装威廉希尔官方网站 （SMT）组装成为多种多样电子组件、子系统或系统。由这种想法产生出多芯片组件MCM（Multi Chip Model）。它将对现代化的计算机、自动化、通讯业等领域产生重大影响。

MCM的特点有：

（1）封装延迟时间缩小，易于实现组件高速化；

（2）缩小整机/组件封装尺寸和重量，一般体积减小1/4，重量减轻1/3;

（3）可靠性大大提高。

随着LSI英国威廉希尔公司网站 和工艺的进步及深亚微米威廉希尔官方网站 和微细化缩小芯片尺寸等威廉希尔官方网站 的使用，人们产生了将多个LSI芯片组装在一个精密多层布线的外壳内形成MCM产品的想法。进一步又产生另一种想法：把多种芯片的电路集成在一个大圆片上，从而又导致了封装由单个小芯片级转向硅圆片级（wafer level）封装的变革，由此引出系统级芯片SOC（System On Chip）和电脑级芯片PCOC（PC On Chip）。

随着CPU和其他ULSI电路的进步，集成电路的封装形式也将有相应的发展，而封装形式的进步又将反过来促成芯片威廉希尔官方网站 向前发展。