摘 要：微
电子技术的飞速发展也同时推动了新型芯片封装技术的研究和开发。本文主要介绍了几种芯片封装技术的特点，并对未来的发展趋势及方向进行了初步分析。
1 引言
芯片封装是连接半导体芯片和电子系统的一道桥梁，随着微电子技术的飞速发展及其向各行业的迅速渗透，芯片封装也在近二、三十年内获得了巨大的发展，并已经取得了长足的进步。本文简要介绍了近20年来计算机行业芯片封装形成的演变及发展趋势，从中可以看出IC芯片与封装技术相互促进，协调发展密不可分的关系。
2 主要封装技术
2.1 DIP双列直插式封装
DIP(dualIn－line package)是指采用双列直插式封装的
集成电路芯片，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。采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP封装的芯片在从插座上插拔时应特别小心，以免损坏引脚[1]。
DIP封装具有以下特点：
(1)适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接，操作方便；
(2)芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。
Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式，缓存(cache)和早期的内存芯片也是这种封装形式。
2.2 QFP塑料方形扁平封装
QFP（plastic quad flat package）封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在100个以上。用这种形式封装的芯片必须采用SMD（表面安装元件技术）将芯片与主板焊接起来。采用SMD安装不必在主板上穿孔，一般在主 板表面上有设计好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点，即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的器件，要用专用工具拆卸。
QFP封装具有以下特点：
（1）适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上安装布线；
（2）适合高频使用；
（3）操作方便，可靠性高；
（4）芯片面积与封装面积之间的比值较小。
目前QFP的引脚间距已从1.27mm发展到了0.3mm。由于引脚间距不断缩小，I/O数不断增加，封装体积也不断加大，给电路组装生产带来了许多困难，导致成品率下降和组装成本的提高。另外由于受器件引脚框架加工等制造技术的限制，0.3mm已是QFP引脚间距的极限，这都限制了组装密度的提高。
Intel系列CPU中80286，80386就采用塑料四边引出扁平封装PQFP。
2.3 PGA针栅阵列封装
PGA(pin grid array package)芯片封装形式在芯片的内外有多个方阵形的
插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列。根据引脚数目的多少，可以围成2～5圈。安装时，将器件插入专门的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(zero insertion force socket)是指零插拔力的插座。把这种插座上的扳手轻轻抬起，CPU就 可很容易、轻松地插入插座中。然后将扳手压回原处，利用插座本身的特殊结构生成的挤压力，将CPU的引脚与插座牢牢地接触，不存在接触不良的问题。而拆卸CPU只需将插座的扳手轻轻抬起，CPU即可轻松取出。
PGA封装具有以下特点：
(1)插拔操作更方便，可靠性高；
(2)可适应更高的频率。
Intel系列CPU中，Pentium，Pentium Pro均采用这种封装形式。
2.4 BGA球栅阵列封装
随着集成电路技术的发展，封装要求更加严格，封装技术关系到产品的性能。当IC的频率超过100MHz时，传统封装方式会产生所谓的 “CrossTalk”现象，而且当IC的管脚数大于208 pin时，传统的封装难度加大。因此，除使用QFP封装外，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，GeForce FX图形芯片体现了当前工程技术的成就，相信看到芯片照片上那1152个焊脚的人都会惊叹不已。BGA一出现便成为CPU、主板上南/北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的选择 。
BGA封装技术又可分为5大类：
（1）PBGA（plasric BGA）基板：一般为2～4层有机材料构成的多层板（Intel系列CPU中， Pentium II，III，IV处理器均采用这种封装形式）；
（2）CBGA（ceramicBGA）基板：即
陶瓷基板，芯片与基板间的电气连接通常采用倒装芯片（Flip Chip，简称FC）的安装方式（Intel系列CPU中，Pentium II，III，IV处理器均采用这种封装形式）；
（2）CBGA（ceramicBGA）基板：即陶瓷基板，芯片与基板间的电气连接通常采用倒装芯片（FlipChip，简称FC）的安装方式（Intel系列CPU 中，Pentium I，II，Pentium Pro处理器均采用过这种封装形式）；
（3）FCBGA（filp chipBGA）基板：硬质多层基板；
（4）TBGA（tapeBGA）基板：基板为带状软质的1-2层PCB电路板；
（5）CDPBGA（carity down PBGA）基板：指封装中央有方形低陷的芯片区（又称空腔区）。
BGA封装具有以下特点：
（1）I/O引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于QFP封装方式，提高了成品率；
（2）虽然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善电热性能；
（3）信号传输延迟小，适应频率大大提高；
（4）组装可用共面焊接，可靠性大大提高[3]。
BGA封装方式经过10多年的发展已经进入实用化阶段。1987年，日本西铁城（Citizen）公司开始着手研制塑封球栅面阵列封装的芯片（即 BGA）。而后，摩托罗拉、康柏等公司也随即加入到开发BGA的行列。1993年，摩托罗拉率先将 BGA应用于移动电话。同年，康柏公司也在工作站、PC电脑上加以应用。直到五六年前，Intel公司在电脑CPU中（即奔腾II，III，IV等），以及芯片组（如i850）中开始使用BGA，这对BGA 应用领域扩展发挥了推波助澜的作用。目前，BGA已成为极其热门的IC封装技术，其市场规模在2001年为12亿块，预计2005年市场需求将比2000年有70%以上的增长[4]。
2.5 CSP芯片尺寸封装
随着电子产品个性化、轻巧化的需求风 潮，封装技术也进步到CSP(chip size package)。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。即封装后的IC尺寸边长不大于芯片的1.2倍，IC面积只比
晶粒（die）大不超过1.4倍。
CSP封装又可分为四类：
（1）Lead Frame Type(传统导线架形式)，代表厂商有富士通、日立、Rohm、高士达（Goldstar）等；
（2）Rigid Interposer Type(硬质内插板型)，代表厂商有摩托罗拉、索尼、东芝、松下等；
（3）Flexible Interposer Type(软质内插板型)，其中有名的是Tessera公司的microBGA， CTS的sim-BGA也采用相同的原理，其他代表厂商包括通用电气（GE）和NEC；
（4）Wafer Level Package(晶圆尺寸封装)，有别于传统的单一芯片封装方式，WL CSP是将整片晶圆切割为一颗颗的单一芯片，它号称是封装技术的未来主流，已投入研发的厂商包括FCT、Aptos、卡西欧、EPIC、富士通、三菱电子等。
CSP封装具有以下特点：
（1）组装面积小，约为相同引脚数QFP1/4；
（2）高度小，可达1mm；
（3）易于贴装，贴装公差≤±0.3mm（球中心距为0.8mm和1mm时）；
（4）电性能好、阻抗低、干扰小、噪声低、屏蔽效果好；
（5）高导热性。
CSP封装适用于脚数少的IC，如内存条和便携电子产品。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／igabitEthemet、ADSL／手机芯片、蓝牙（Bluetooth）等新兴产品中[2]。
2.6 MCM多芯片模块
为解决单一芯片集成度低和功能不够完善的问题，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，从而出现MCM(multi chip model，多芯片模块系统)，它是电路组件功能实现系统级的基础。随着MCM的兴起，使封装的概念发生了本质的变化，在80年代以前，所有的封装是面向器件的，而MCM可以说是面向部件的或者说是面向系统或整机的。MCM技术集先进印刷电路板技术、先进混合集成电路技术、先进表面安装技术、半导体集成电路技术于一体，是典型的垂直集成技术，对半导体器件来说,它是典型的柔型封装技术，是一种电路的集成。MCM的出现使电子系统实现小型化、模块化、低功耗、高可靠性提供了更有效的技术保障。
MCM具有以下特点：
（1）封装延迟时间缩小，易于实现模块高速化；
（2）缩小整机/模块的封装尺寸和重量；
（3）系统可靠性大大提高。
对MCM发展影响的莫过于IC芯片。因为MCM高成品率要求各类IC芯片都是良好的芯片（KGD），MCM采用DCA（裸芯片直接安装技术）或CSP组成，而裸芯片无论是生产厂家还是使用者都难以全面测试老化筛选，所以给组装MCM带来了不确定因素。CSP的出现解决了KGD问题，CSP不但具有裸芯片的优点，还可像普通芯 片一样进行测试老化筛选，使MCM的成品率具有保证，大大促进了MCM的发展和推广应用。目前MCM已经成功地用于大型通用计算机和超级巨型机中，今后将用于工作站、个人计算机、医用电子 设备和汽车电子设备等领域。
总之，由于CPU和其他超大规模集成电路在不断发展，集成电路的封装形式也不断作出相应的调整变化，而封装形式的进步又反过来促进了芯片技术向前发展。
