为什么有的芯片是引脚封装,而手机的芯片则是用的底部BGA球珊阵列封装?
所谓的芯片,其实只有中间很小的一部分,仔细看它的结构,芯片是正面朝上,内部的电路会连接到四周的凸块。
然后再一根一根打线,打出比头发丝还要细的金线,连接到引脚。然后再用外壳沾连保护,这种封装又称为打线封装。
随著芯片的功能越多,四周引脚数量也要随之增加,相应的外壳体积就不得不做得更大。如果要做成手机处理器级别的芯片,估计光一块芯片体积就得和手机差不多大,很显然这种封装肯定不合适。
我们再来看看,另一种封装是如何解决体积问题的。拆开芯片外壳,芯片是正面朝下。
然后整面铺满凸块,这些凸块紧贴著一块导线载板,导线载板的线路是直接穿孔到另一面。然后直入金属球,芯片就是通过这些金属球和外部连接,对比之前面积变得更小,引脚数量可以变得非常多。
如果是用在手机里的芯片,到这一步还不够。手机芯片除了核心计算,还有存储、基带、其他等等多种模块,也就是要将多个模块的芯片实现相互通信,并且整合在一个封装里。它的原理是将所有芯片模块朝下,放很多非常细微的凸块。
然后接上一块硅中介板,利用化学的方法在硅中介板时刻出线路。并且这些线路是穿孔打通,线路只有10微米,约为头发丝的1/10。然后在底部再放金属凸块连接导线载板。导线载板的线路同样也是穿孔打通,再接上非常多的金属球,这一种封装就是2.5D封装。目前许多芯片都是采用这种封装。
从实物可以看到背部的金属球非常密集,金属球之间的间距也非常窄。在焊接电路板的时候稍微有点倾斜,金属球非常容易接触焊盘,所以手机芯片的焊接环节会采用SMT贴片机。
利用机器来识别焊盘的位置精准贴装芯片,想要看压在中间的焊盘是否准确对准,直接看肯定是看不到的。所以SMT工厂会采用S-ray设备,它的原理类似于照S光,可以清楚看到内部的接触状况,透过这个镜头也能清楚看到非常细小的线路。
现在主流芯片采用的2.5D封装想要突破,无论怎么摆所有芯片模块都是平铺在一个面。但还有更加突破的威廉希尔官方网站 则是连芯片本身也进行穿孔,也就是中间层的芯片本身既保持原功能,还要打孔起到上下相通的作用。所以要在晶体管时刻阶段就要考虑走线穿孔的问题,这个难度非常非常大。
目前能够做到穿孔的芯片,只有一种就是DRAM内存芯片。已经实现3D封装的芯片是用在摄像头的头像处理芯片 。
它的顶部是用于受光的传感器,中间是DRAM实现中间穿孔,底部则是用于逻辑运算的计算模块,正好组成一组3D封装。所以未来芯片的发展方向是将所有芯片实现穿孔堆叠在一起,这个难度非常非常难,目前还没能够实现。
以上就是芯片的封装原理。
审核编辑:刘清
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原文标题:芯片的封装原理
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