半導(dǎo)體封裝形式介紹

摘 要：半導(dǎo)體器件有許多封裝型式，從 DIP 、SOP 、QFP 、PGA 、BGA 到 CSP 再到 SIP，技術(shù)指標(biāo)一代比一代先進(jìn)，這些都是前人根據(jù)當(dāng)時(shí)的組裝技術(shù)和市場需求而研制的。總體說來，它大概有三次重大的革新：第一次是在上世紀(jì) 80 年代從引腳插入式封裝到表面貼片封裝，極大地提高了印刷電路板上的組裝密度；第二次是在上世紀(jì) 90 年代球型矩正封裝的出現(xiàn)，它不但滿足了市場高引腳的需求，而且大大地改善了半導(dǎo)體器件的性能；晶片級封裝、系統(tǒng)封裝、芯片級封裝是現(xiàn)在第三次革新的產(chǎn)物，其目的就是將封裝減到最小。每一種封裝都有其獨(dú)特的地方，即其優(yōu)點(diǎn)和不足之處，而所用的封裝材料，封裝設(shè)備，封裝技術(shù)根據(jù)其需要而有所不同。驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體封裝形式不斷發(fā)展的動(dòng)力是其價(jià)格和性能。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體； 芯片級封裝； 系統(tǒng)封裝； 晶片級

1 半導(dǎo)體器件封裝概述

電子產(chǎn)品是由半導(dǎo)體器件(集成電路和分立器件)、印刷線路板、導(dǎo)線、整機(jī)框架、外殼及顯示等部分組成，其中集成電路是用來處理和控制信號(hào)，分立器件通常是信號(hào)放大，印刷線路板和導(dǎo)線是用來連接信號(hào)，整機(jī)框架外殼是起支撐和保護(hù)作用，顯示部分是作為與人溝通的接口。所以說半導(dǎo)體器件是電子產(chǎn)品的主要和重要組成部分，在電子工業(yè)有“工業(yè)之米" 的美稱。

我國在上世紀(jì) 60 年代自行研制和生產(chǎn)了第一臺(tái)計(jì)算機(jī)，其占用面積大約為 100 m2 以上，現(xiàn)在的便攜式計(jì)算機(jī)只有書包大小，而將來的計(jì)算機(jī)可能只與鋼筆一樣大小或更小。計(jì)算機(jī)體積的這種迅速縮小而其功能越來越強(qiáng)大就是半導(dǎo)體科技發(fā)展的一個(gè)很好的佐證，其功勞主要?dú)w結(jié)于： (1)半導(dǎo)體芯片集成度的大幅度提高和晶圓制造(Wafer fabrication)中光刻精度的提高，使得芯片的功能日益強(qiáng)大而尺寸反而更??； (2)半導(dǎo)體封裝技術(shù)的提高從而大大地提高了印刷線路板上集成電路的密集度，使得電子產(chǎn)品的體積大幅度地降低。

半導(dǎo)體組裝技術(shù)(Assemblytechnology)的提高主要體現(xiàn)在它的封裝型式(Package)不斷發(fā)展。通常所指的組裝(Assembly)可定義為：利用膜技術(shù)及微細(xì)連接技術(shù)將半導(dǎo)體芯片(Chip)和框架(Leadframe)或基板(Sulbstrate)或塑料薄片(Film)或印刷線路板中的導(dǎo)體部分連接以便引出接線引腳，并通過可塑性絕緣介質(zhì)灌封固定，構(gòu)成整體立體結(jié)構(gòu)的工藝技術(shù)。它具有電路連接，物理支撐和保護(hù)，外場屏蔽，應(yīng)力緩沖，散熱，尺寸過度和標(biāo)準(zhǔn)化的作用。從三極管時(shí)代的插入式封裝以及 20世紀(jì) 80 年代的表面貼裝式封裝，發(fā)展到現(xiàn)在的模塊封裝，系統(tǒng)封裝等等，前人已經(jīng)研究出很多封裝形式，每一種新封裝形式都有可能要用到新材料，新工藝或新設(shè)備。

驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體封裝形式不斷發(fā)展的動(dòng)力是其價(jià)格和性能。電子市場的最終客戶可分為 3 類：家庭用戶、工業(yè)用戶和國家用戶。家庭用戶最大的特點(diǎn)是價(jià)格便宜而性能要求不高；國家用戶要求高性能而價(jià)格通常是普通用戶的幾十倍甚至幾千倍，主要用在軍事和航天等方面；工業(yè)用戶通常是價(jià)格和性能都介于以上兩者之間。低價(jià)格要求在原有的基礎(chǔ)上降低成本，這樣材料用得越少越好，一次性產(chǎn)出越大越好。高性能要求產(chǎn)品壽命長，能耐高低溫及高濕度等惡劣環(huán)境。半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家時(shí)時(shí)刻刻都想方設(shè)法降低成本和提高性能，當(dāng)然也有其它的因素如環(huán)保要求和專利問題迫使他們改變封裝型式。

2 封裝的作用

封裝(Package)對于芯片來說是必須的，也是至關(guān)重要的。封裝也可以說是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著保護(hù)芯片和增強(qiáng)導(dǎo)熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁和規(guī)格通用功能的作用。封裝的主要作用有：

(1)物理保護(hù)。因?yàn)樾酒仨毰c外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降，保護(hù)芯片表面以及連接引線等，使相當(dāng)柔嫩的芯片在電氣或熱物理等方面免受外力損害及外部環(huán)境的影響；同時(shí)通過封裝使芯片的熱膨脹系數(shù)與框架或基板的熱膨脹系數(shù)相匹配，這樣就能緩解由于熱等外部環(huán)境的變化而產(chǎn)生的應(yīng)力以及由于芯片發(fā)熱而產(chǎn)生的應(yīng)力，從而可防止芯片損壞失效?；谏岬囊?，封裝越薄越好，當(dāng)芯片功耗大于 2W 時(shí)，在封裝上需要增加散熱片或熱沉片，以增強(qiáng)其散熱冷卻功能；5～1OW 時(shí)必須采取強(qiáng)制冷卻手段。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運(yùn)輸。

(2)電氣連接。封裝的尺寸調(diào)整(間距變換)功能可由芯片的極細(xì)引線間距，調(diào)整到實(shí)裝基板的尺寸間距，從而便于實(shí)裝操作。例如從以亞微米(目前已達(dá)到0．1 3μm 以下)為特征尺寸的芯片，到以 10μm 為單位的芯片焊點(diǎn)，再到以 100μm 為單位的外部引腳，最后劍以毫米為單位的印刷電路板，都是通過封裝米實(shí)現(xiàn)的。封裝在這里起著由小到大、由難到易、由復(fù)雜到簡單的變換作用，從而可使操作費(fèi)用及材料費(fèi)用降低，而且能提高工作效率和可靠性，特別是通過實(shí)現(xiàn)布線長度和阻抗配比盡可能地降低連接電阻，寄生電容和電感來保證正確的信號(hào)波形和傳輸速度。

(3)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格化。規(guī)格通用功能是指封裝的尺寸、形狀、引腳數(shù)量、間距、長度等有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，既便于加工，又便于與印刷電路板相配合，相關(guān)的生產(chǎn)線及生產(chǎn)設(shè)備都具有通用性。這對于封裝用戶、電路板廠家、半導(dǎo)體廠家都很方便，而且便于標(biāo)準(zhǔn)化。相比之下，裸芯片實(shí)裝及倒裝目前尚不具備這方面的優(yōu)勢。由于組裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的印刷電路板(PCB)的設(shè)計(jì)和制造，對于很多集成電路產(chǎn)品而言，組裝技術(shù)都是非常關(guān)鍵的一環(huán)。

3 封裝的分類

半導(dǎo)體(包括集成電路和分立器件)其芯片的封裝已經(jīng)歷了好幾代的變遷，從 DIP 、SOP 、QFP 、PGA 、BGA 到 MCP 再到SIP ，技術(shù)指標(biāo)一代比一代先進(jìn)，包括芯片面積與封裝面積之比越來越接近于 1 ，適用頻率越來越高，耐溫性能越來越好，引腳數(shù)增多，引腳間距減小，重量減小，可靠性提高，使用更加方便等等。封裝(Package)可謂種類繁多，而且每一種封裝都有其獨(dú)特的地方，即它的優(yōu)點(diǎn)和不足之處，當(dāng)然其所用的封裝材料、封裝設(shè)備、封裝技術(shù)根據(jù)其需要而有所不同。

3．1 根據(jù)材料分類

根據(jù)所用的材料來劃分半導(dǎo)體器件封裝形式有金屬封裝、陶瓷封裝、金屬一陶瓷封裝和塑料封裝。

3．1．1 金屬封裝

金屬封裝始于三極管封裝，后慢慢地應(yīng)用于直插式扁平式封裝，基本上乃是金屬-玻璃組裝工藝。由于該種封裝尺寸嚴(yán)格、精度高、金屬零件便于大量生產(chǎn)，故其價(jià)格低、性能優(yōu)良、封裝工藝容易靈活，被廣泛應(yīng)用于晶體管和混合集成電路如振蕩器、放大器、鑒頻器、交直流轉(zhuǎn)換器、濾頗器、繼電器等等產(chǎn)品上，現(xiàn)在及將來許多微型封裝及多芯片模塊(MCM)也采用此金屬封裝。 金屬封裝的種類有光電器件封裝包括帶光窗型、帶透鏡型和帶光纖型；分妒器件封裝包括 A 型、B 型和 C 型；混合電路封裝包括雙列直插型和扁平型；特殊器件封裝包括矩正型、多層多窗型和無磁材料型。

3．1．2 陶瓷封裝

早期的半導(dǎo)體封裝多以陶瓷封裝為主，伴隨著半導(dǎo)體器件的高度集成化和高速化的發(fā)展，電子設(shè)備的小型化和價(jià)格的降低，陶瓷封裝部分地被塑料封裝代替，但陶瓷封裝的許多用途仍具有不可替代的功能，特別是集成電路組件工作頻率的提高，信號(hào)傳送速度的加快和芯片功耗的增加，需要選擇低電阻率的布線導(dǎo)體材料，低介電常數(shù)，高導(dǎo)電率的絕緣材料等。陶瓷封裝的種類有 DIP 和SIP；對大規(guī)模集成電路封裝包括 PGA ，PLCC ，QFP 和 BGA。

3．1．3 金屬一陶瓷封裝

它是以傳統(tǒng)多層陶瓷工藝為基礎(chǔ)，以金屬和陶瓷材料為框架而發(fā)展起來的。最大特征是高頻特性好而噪音低而被用于微波功率器件，如微波毫米波二極管、微波低噪聲三極管、微波毫米波功率三極管。正因如此，它對封裝體積大的電參數(shù)如有線電感、引線電阻、輸出電容、特性阻抗等要求苛刻，故其成品率比較低；同時(shí)它必須很好地解決多層陶瓷和金屬材料的不同膨脹系數(shù)問題，這樣才能保證其可靠性。金屬一陶瓷封裝的種類有分立器件封裝包括同軸型和帶線型；單片微波集成電路(MMIC)封裝包括載體型、多層陶瓷型和金屬框架一陶瓷絕緣型。

3．1．4 塑料封裝

塑料封裝由于其成本低廉、工藝簡單，并適于大批量生產(chǎn)，因而具有極強(qiáng)的生命力，自誕生起發(fā)展得越來越快，在封裝中所占的份額越來越大。目前塑料封裝在全世界范圍內(nèi)占集成電路市場的 95％以上。在消費(fèi)類電路和器件基本上是塑料封裝的天下；在工業(yè)類電路中所占的比例也很大，其封裝形式種類也是最多。塑料封裝的種類有分立器件封裝，包括 A 型和 F 型；集成電路封裝包括 SOP 、DIP 、QFP 和 BGA 等。

3．2 根據(jù)密封性分類

按封裝密封性方式可分為氣密性封裝和樹脂封裝兩類。他們的目的都是將晶體與外部溫度、濕度、空氣等環(huán)境隔絕，起保護(hù)和電氣絕緣作用；同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)向外散熱及緩和應(yīng)力。其中氣密性封裝可靠性較高，但價(jià)格也高，目前由于封裝技術(shù)及

材料的改進(jìn)，樹脂封占絕對優(yōu)勢，只是在有些特殊領(lǐng)域，尤其是國家級用戶中，氣密性封裝是必不可少的。氣密性封裝所用到的外殼可以是金屬、陶瓷玻璃，而其中氣體可以是真空、氮?dú)饧岸栊詺怏w。

3．3 根據(jù)外形、尺寸、結(jié)構(gòu)分類

按封裝的外形、尺寸、結(jié)構(gòu)分類可分為引腳插入型、表面貼裝型和高級封裝。

3．3．1 插入式封裝

引腳插入式封裝(Through-Hole Mount) 。此封裝形式有引腳出來，并將引腳直接插入印刷電路板(PWB)中，再由浸錫法進(jìn)行波峰焊接，以實(shí)現(xiàn)電路連接和機(jī)械固定。由于引腳直徑和間距都不能太細(xì)，故印刷電路板上的通孔直徑，間距乃至布線都不能太細(xì)，而且它只用到印刷電路板的一面，從而難以實(shí)現(xiàn)高密度封裝。它又可分為引腳在一端的封裝(Singleended)，引腳在兩端的封裝(Double ended)禾口弓 I 勝 9 矩正封裝(Pin Grid Array)。

引腳在一端的封裝(Single ended)又可分為三極管封裝和單列直插式封裝(Single In-line Package)。

引腳在兩端的封裝(Double ended)又可分為雙列直插式封裝， Z 形雙列直插式封裝和收縮型雙列直插式封裝等。

雙列直插式封裝(DIP：Dual In-line Package)。它是 20 世紀(jì) 70 年代的封裝形式，首先是陶瓷多層板作載體的封裝問世，后來Motorola和 Fairchild開發(fā)出塑料封裝。絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路均采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般不超過 100。 DIP 封裝的芯片有兩排引腳，分布于兩側(cè)，且成直線平行布置，引腳直徑和間距為 2 ．54 mm(100 mil) ，需要插入到具有DIP 結(jié)構(gòu)的芯片插座上。當(dāng)然，也可以直接插在有相同焊孔數(shù)和幾何排列的電路板上進(jìn)行焊接。此封裝的芯片在從芯片插座上插拔時(shí)應(yīng)特別小心，以免損壞管腳。此封裝具有以下特點(diǎn)： (1)適合在印刷電路板(PCB)上穿孔焊接，操作方便； (2)芯片面積與封裝面積之間的比值較大，故體積也較大； (3)除其外形尺寸及引腳數(shù)之外，并無其它特殊要求，但由于引腳直徑和間距都不能太細(xì)，故： PWB 上通孔直徑、間距以及布線間距都不能太細(xì)，故此種 PKG 難以實(shí)現(xiàn)高密度封裝，且每年都在衰退。

Z 形雙列直插式封裝(ZIP：Zigzag In-line Package)與 DIP 并無實(shí)質(zhì)上的區(qū)別，只是引腳呈 Z 狀排列，其目的是為了增加引腳的數(shù)量，而引腳的間距仍為 2 ．54 mm。陶瓷 Z 形雙列直插式封裝 CZIP(Ceramic Zag-Zag Package)它與 ZIP 外形一樣，只是用陶瓷材料封裝。

收縮型雙列直插式封裝(SKDIP：Shrink Dual In-line Package)形狀與 DIP 相同，但引腳中心距為 1 ．778 mm(70 mil)小于DIP(2 ．54mm)，引腳數(shù)一般不超過 100 ，材料有陶瓷和塑料兩種。

引腳矩正封裝( PGA Pin Grid Array)。它是在 DIP 的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)高速度，多引腳化(提高組裝密度)而出現(xiàn)的。此封裝的引腳不是單排或雙排，而是在整個(gè)平面呈矩正排布，如圖 1 所示。在芯片的內(nèi)外有多個(gè)方陣形的插針，每個(gè)方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列，與 DIP 相比，在不增加引腳間距的情況下，可以按近似平方的關(guān)系提高引腳數(shù)。根據(jù)引腳數(shù)目的多少，可以圍成 2～5 圈，其引腳的間距為 2．54 mm ，引腳數(shù)量從幾十到幾百個(gè)。PGA 封裝具有以下特點(diǎn)：

(1)插拔操作更方便，可靠性高；(2)可適應(yīng)更高的頻率；(3)如采用導(dǎo)熱性良好的陶瓷基板，還可適應(yīng)高速度．大功率器件要求；(4)由于此封裝具有向外伸出的引腳， 一般采用插入式安裝而不宜采用表面安裝； (5)如用陶瓷基板，價(jià)格又相對較高，因此多用于較為特殊的用途。它又分為陳列引腳型和表面貼裝型兩種。

有機(jī)管引腳矩正式封裝 OPGA(Organic pin grid Array)這種封裝的基底使用的是玻璃纖維，類似印刷電路板上的材料。此種封裝方式可以降低阻抗和封裝成本。 OPGA 封裝拉近了外部電容和處理器內(nèi)核的距離，可以更好地改善內(nèi)核供電和過濾電流雜波。

3．3．2 尺寸貼片封裝(SOP)

表面貼片封裝(Surface Mount) 。它是從引腳直插式封裝發(fā)展而來的，主要優(yōu)點(diǎn)是降低了 PCB 電路板設(shè)計(jì)的難度，同時(shí)它也大大降低了其本身的尺寸。我們需要將引腳插片封裝的集成電路插入 PCB 中，故需要在 PCB 中根據(jù)集成電路的引腳尺寸(FootPrint)做出專對應(yīng)的小孔，這樣就可將集成電路主體部分放置在．PCB 板的一面，同時(shí)在 PCB 的另一面將集成電路的引腳焊接到 PCB 上以形成電路的連接，所以這就消耗了 PCB 板兩面的空間，而對多層的 PCB 板而言，需要在設(shè)計(jì)時(shí)在每一層將需要?？椎牡胤津v出。而表面貼片封裝的集成電路只須將它放置在 PCB 板的一面，并在它的同一面進(jìn)行焊接，不需要專孔，這樣就降低了 PCB 電路板設(shè)計(jì)的難度。表面貼片封裝的主要優(yōu)點(diǎn)是降低其本身的尺寸，從而加大了： PCB 上 IC 的密集度。用這種方法焊上去的芯片，如果不用專用工具是很難拆卸下來的。表面貼片封裝根據(jù)引腳所處的位置可分為：Single-ended(引腳在一面)、Dual(引腳在兩邊) 、Quad(引腳在四邊)、Bottom(引腳在下面) 、BGA(引腳排成矩正結(jié)構(gòu))及其它。

Single-ended(引腳在一面)：此封裝型式的特點(diǎn)是引腳全部在一邊，而且引腳的數(shù)量通常比較少，如圖 2 所示。它又可分為：導(dǎo)熱型(Therinal-enhanced)，象常用的功率三極管，只有三個(gè)引腳排成一排，其上面有一個(gè)大的散熱片；COF(Chip on Film)是將芯片直接聯(lián)貼在柔性線路板上(現(xiàn)有的用 Flip—chip 技術(shù))，再經(jīng)過顰料包封而成，它的特點(diǎn)是輕而且很薄，所以當(dāng)前被廣泛用在液晶顯示器(LCD)上以滿足 LCD 分辨率增加的需要。其缺點(diǎn)是 Film 的價(jià)格很貴，其二是貼片機(jī)的價(jià)格也很貴。

Dual(引腳在兩邊)，如圖 3 所示。此封裝型式的特點(diǎn)是引腳全部在兩邊，而且引腳的數(shù)量不算多。它的封裝型式比較多，義可細(xì)分為：SOT(Small outlineTransistor) 、 SOP(Small Outline Package)、SOJ(Small 0utline Package J-bent lea(1)、 SS()P(Shrink Small 0utline Package) 、HSOP(Heat-sink Small Outline Package)及其它。

SOT 系列主要有SOT-23 、SOT-223 、SOT-25 、SOT-26 、SOt323 、SOT-89等。當(dāng)電子產(chǎn)品尺寸不斷縮小時(shí)，其內(nèi)部使用的半導(dǎo)體器件也必須變小。所以更小的半導(dǎo)體器件使得電子產(chǎn)品能夠更小、更輕、更便攜，相同尺寸包含的功能更多。對于半導(dǎo)體器件，其價(jià)值最好的體現(xiàn)在：PCB 占用空間和封裝總高度上，優(yōu)化了這些參數(shù)才能在更小的：PCB 上更緊湊地布局。 SOT 封裝既大大降低了高度，又顯著減小了 PCB 占用空間。如 SOT883 被廣泛應(yīng)用在比較小型的日常消費(fèi)電器中如手機(jī)、照相機(jī)和 MP3 等等。

小尺寸貼片封裝(SOP：Small 0utline Package)。荷蘭皇家飛利浦公司在上世紀(jì) 70 年代就開發(fā)出小尺寸貼片封裝 SOP，以后逐漸派生出 SOJ(J 型引腳小外形封裝)、TSOP(薄小外形封裝)、VSOP(甚小外形封裝)、SS()P(縮小型 SOP)、TSSOP(薄的縮小型 SOP)及 SOT(小外形晶體管)、SOIC(小外形集成電路)等。SOP 典型引線間距是 1．27 mm，引腳數(shù)在幾十之內(nèi)。

薄型小尺寸封裝(TSOP：Thin Small Out-Line Package)是在 20 世紀(jì) 80 年代出現(xiàn)的 TSOP 封裝，它與 SOP 的最大區(qū)別在于其厚度很薄只有 1 mm，是 SOJ 的 1 ／3；由于外觀上輕薄且小的封裝，適合高頻使用，以較強(qiáng)的可操作性和較高的可靠性征服了業(yè)界。大部分的 SDRAM內(nèi)存芯片都是采用此封裝方式。 TSOP 內(nèi)存封裝的外形呈長方形，且封裝芯片的周圍都有 I ／O 引腳。在 TSOP 封裝方式中，內(nèi)存顆粒是通過芯片引腳焊在 PCB 板上的，焊點(diǎn)和 PCB 板的接觸面積較小，使得芯片向 PCB 板傳熱相對困難。而且 TSOP 封裝方式的內(nèi)存在超過 150MHz 后，會(huì)有很大的信號(hào)干擾和電磁干擾。

J 形引腳小尺寸封裝 SOJ(Small Out-Line J-Leaded Package) 。引腳從封裝主體兩側(cè)引出向下呈 J 字形，直接粘貼在印刷電路板的表面，通常為塑料制品，多數(shù)用于： DRAM 和SRAM等內(nèi)存 LSI 電路，但絕大部分是 DRAM。用 SOJ 封裝的DRAM 器件很多都裝配在 SIMM 上。引腳中心距 1 ．27 mm，引肚 4 數(shù)為20-40。

3．3．3 表面貼片 QFP 封裝

四邊引腳扁平封裝 (QFP：Plastic Quad Flat Pockage) 。QFP 是由 SOP 發(fā)展而來，其外形呈扁平狀，引腳從四個(gè)側(cè)面引出呈海鷗翼(L)型，如圖4 所示。鳥翼形引腳端子的一端由封裝本體引出，而另一端沿四邊布置在同一平面上。它在印刷電路板(PWB)上不是靠引腳插入 PWB 的通孔中，所以不必在主板上打孔，而是采用 SMT 方式即通過焊料等貼附在 PWB上，一般在主板表面上有設(shè)計(jì)好的相應(yīng)管腳的焊點(diǎn)，將封裝各腳對準(zhǔn)相應(yīng)的焊點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)與主板的焊接。因此， PWB兩面可以形成不同的電路，采用整體回流焊等方式可使兩面上搭載的全部元器件一次鍵合完成，便于自動(dòng)化操作，實(shí)裝的可靠性也有保證。這是目前最普遍采用的封裝形成。用這種方法焊上去的芯片，如果不用專用工具是很難拆卸下來的。

此種封裝引腳之間距離很小、管腳很細(xì)，一般大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路采用這種封裝型式。其引腳數(shù)一般從幾十到幾百，而且其封裝外形尺寸較小、寄生參數(shù)減小、適合高頻應(yīng)用；該封裝主要適合用 SMT 表面安裝技術(shù)在 PCB 上安裝布線。

但是由于 QFP 的引線端子四周邊布置，且伸出 PKG 之外，若引線間距過窄，引線過細(xì)，則端子更為柔嫩，難免制造及實(shí)裝過程中發(fā)生變形等。當(dāng)端子數(shù)超過幾百個(gè)， 端了間距等于或小于 O ．3mm 時(shí)，要精確地搭載在電路圖形上并與其占電路組件一起采用再流焊一次完成實(shí)裝，難度極大，需要采用專用自動(dòng)搭載以及高超的技能，致使價(jià)格劇增，而且還存在可靠性及成品率方面的問題。采用 J 字型引線端子的 PLCC 等可以緩解一些矛盾，但不能從根本上解決 QFP 的上述問題。由 QFP 衍生出來的封裝型式還有 LCCC ，PLCC 以及 TAB 等。

此封裝的基材有陶瓷、金屬和塑料 3 種。從數(shù)量上看，塑料封裝占絕大部分。當(dāng)沒有特別表示出材料時(shí)，多數(shù)情況為塑料 QFP。塑料 QFP 是最普及的多引腳 LSI 封裝。不僅用于微處理器，門陳列等數(shù)字邏輯 LSI 電路，而且也用于 VTR 信號(hào)處理、音響信號(hào)處理等模擬 LSI 電路。引腳中心距有 1．0 mm、0．8 mm 、O．65 mm、0．5 mm、0．4 mm、0．3 mm等多種規(guī)格。 0．65 mm 中心距規(guī)格中最多引腳數(shù)為 304。通常不根據(jù)引腳中心距來劃分，而是根據(jù)封裝本體厚度分為 QFP(2 ．0～3 ．6mm 厚)、小型四邊引腳扁平封裝LQFP(Low Profile Quad Flat Package ，1 ．4mm 厚)和薄型四邊引腳扁平封裝 TQmin Quad Flat ．Package ，1 ．0 mm 厚)3 種。另外，有的 LSI 廠家把引腳中心距為 0．5 mm 的 QFP 專門稱為收縮型 QFP 或 SQFP 、VQFP。但有的廠家把引腳中心距為 0．65mm 及 0．4 mm 的 QFP 也稱為 SQFP。在邏輯LSI 方面，不少開發(fā)品和高可靠品都封裝在多層陶瓷 QFP 里。引腳中心距最小為 0．4mm、引腳數(shù)最多為 348 腳的產(chǎn)品也已問世。此外，也有用玻璃密封的陶瓷 QFP 。QFP 封裝的缺點(diǎn)是，當(dāng)引腳中心距小于 0．65 mm 時(shí)，引腳容易彎曲。為了防止引腳變形，現(xiàn)已出現(xiàn)了幾種改進(jìn)的 QFP 品種。

塑料四邊引腳扁平封裝(PQFP：Plastic QUad Flat Package) 。芯片的四周均有引腳，其引腳數(shù)一般都在 100 以上，而且引腳之間距離很小，管腳也很細(xì)，一般大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路采用這種封裝型式。用這種型式封裝的芯片必須采用表面安裝設(shè)備技術(shù)(SMT)將芯片邊上的引腳與主板焊接起來。 PQFP 封裝適用于 SMT 表面安裝技術(shù)在： PCB 上安裝布線，適合高頻使用，它具有操作方便、可靠性高、芯片面積與封裝面積比值較小等優(yōu)點(diǎn)。QFP 封裝具有的特點(diǎn)：適用于 SMT

表面安裝技術(shù)在 PCB 電路板上安裝布線；適合高頻使用；操作方便，可靠性高；芯片面積與封裝面積之間的比值較小。帶引腳的塑料芯片載體(PLCC：Plastic Leaded Chip Carrier)。它與 LCC 相似，只是引腳從封裝的四個(gè)側(cè)面引出，呈丁字形，是塑料制品。美國得克薩斯儀器公司首先在 64 k 位 DRAM 和 256kDRAM 中采用，現(xiàn)在已經(jīng)普及用于邏輯 LSI、 DLD(或程邏輯器件)等電路。引腳中心距 1．27 mm，引腳數(shù)從 18 到 84 腳。J 形引腳不易變形，比 QFP 容易操作，但焊接后的外觀檢查較為困難。它與 LCC 封裝的區(qū)別僅在于前者用塑料，后者用陶瓷，但現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)用陶瓷制作的 J 形引腳封裝和用塑料制作的無引腳封裝。

無引腳芯片載體(LCC：Leadless Chip Carrier)或四側(cè)無引腳扁平封裝(QFN：Quad Flat NonLeaded Package) 。指陶瓷基板的 4 個(gè)側(cè)面只有電極接觸而無引腳的表面貼裝型封裝。由于無引腳，貼裝占有面積比 QFP 小，高度比 QFP 低，它是高速和高頻 IC 用封裝。但是，當(dāng)印刷基板與封裝之間產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)，在電極接觸處就不能得到緩解。因此電極觸點(diǎn)難于作到 QFP 的引腳那樣多，一般從 14 到 1OO 左右：封裝本體厚度為 1 ．O 、0．9 、0．85 和 0．8 mm ，電極觸點(diǎn)中心距1 ．27 mm ；材料有陶瓷和塑料兩種，當(dāng)有 LCC 標(biāo)記時(shí)基本上都是陶瓷 QFN，塑料 QFN 是以玻璃環(huán)氧樹脂印刷基板基材的一種低成本封裝，電極觸點(diǎn)中心距除 1 ．27 mm 外，還有 0．65mm 和 0．5．mm 兩種。

3．3．4 表面貼片 BGA 封裝

球型矩正封裝(BGA：Ball Grid Array)，見圖 5。日本西鐵城(CitiZell)公司于1987年著手研制塑料球型矩正封裝，而后摩托羅拉、康柏等公司也隨即加入到開發(fā) BGA 的行列。其后摩托羅拉率先將球型矩正封裝應(yīng)用于移動(dòng)電話，同年康柏公司也在工作站、個(gè)人計(jì)算機(jī)上加以應(yīng)用，接著 Intel 公司在計(jì)算機(jī) CPU 中開始使用 BGA。雖然日本公司首先研發(fā)球型矩正封裝，但當(dāng)時(shí)日本的一些半導(dǎo)體公司想依靠其高超的操作技能固守 QFP 不放而對 BGA 的興趣不大，而美國公司對：BGA應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，對 BGA 的發(fā)展起到了推波助瀾的作用。 BGA 封裝經(jīng)過十幾年的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段，目前 BGA已成為最熱門封裝。

隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，對其封裝要求越來越嚴(yán)格。這是因?yàn)榉庋b關(guān)系到產(chǎn)品的性能，當(dāng) IC 的頻率超過 100 MHz 時(shí)，傳統(tǒng)封裝方式可能會(huì)產(chǎn)生所謂的交調(diào)噪聲“Cross-Talk Noise”現(xiàn)象，而且當(dāng) IC 的管腳數(shù)大于 208 腳時(shí)，傳統(tǒng)的封裝方式有其困難。因此，除使用 QFP 封裝方式外，現(xiàn)今大多數(shù)的高腳數(shù)芯片皆轉(zhuǎn)而使用 BGA 封裝。 BGA 一出現(xiàn)便成為 CPU，高引腳數(shù)封裝的最佳選擇。 BGA 封裝的器件絕大多數(shù)用于手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)及通訊設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)、微機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、 PAD和各類平板顯示器等高檔消費(fèi)市場。

BGA 封裝的優(yōu)點(diǎn)有： (1)輸入輸出引腳數(shù)大大增加，而且引腳間距遠(yuǎn)大于 QFP ，加上它有與電路圖形的自動(dòng)對準(zhǔn)功能，從而提高了組裝成品率； (2)雖然它的功耗增加，但能用可控塌陷芯片法焊接，它的電熱性能從而得到了改善；對集成度很高和功耗很大的芯片，采用陶瓷基板，并在外殼上安裝微型排風(fēng)扇散熱，從而達(dá)到電路的穩(wěn)定可靠工作； (3)封裝本體厚度比普通 QFP 減少 1／2 以上，重量減輕 3／4 以上；(4)寄生參數(shù)減小，信號(hào)傳輸延遲小，使用頻率大大提高； (5)組裝可用共面焊接，可靠性高。

BGA 封裝的不足之處： BGA 封裝仍與 QFP 、PGA 一樣，占用基板面積過大；塑料 BGA 封裝的翹曲問題是其主要缺陷，即錫球的共面性問題。共面性的標(biāo)準(zhǔn)是為了減小翹曲，提高 BGA 封裝的特性，應(yīng)研究塑料、粘片膠和基板材料，并使這些材料最佳化。 同時(shí)由于基板的成本高，致使其價(jià)格很高。

BGA 封裝按基板所用材料可分有機(jī)材料基板 PBGA(Plastic BGA)、陶瓷基板 CBGA(CeramicB-GA)和基板為帶狀軟質(zhì)的TBGA(TapeBGA)，另外還有倒裝芯片的 FCBGA(FilpChipBGA)和中央有方型低陷的芯片區(qū)的 CDPBGA(Cavity Down

PBGA) 。PBGA 基板：一般為 2～4 層有機(jī)材料構(gòu)成的多層板，Intel 系列 CPU 中，Pentium II 、III 、IV 處理器均采用這種封裝形式。CBGA 基板是陶瓷基板，芯片與基板問的電氣連接通常采用倒裝芯片(Flip Chip)的安裝方式，又可稱為 FCBGA； Intel 系列 CPU 中，Pentium I 、II 、Pentium Pro 處理器均采用過這種封裝形式。 TBGA 基板為帶狀軟質(zhì)的 1～2 層 PCB電路板。

小型球型矩正封裝 Tinv-BGA(Tinv Ball Grid Array) 。它與 BGA 封裝的區(qū)別在于它減少了芯片的面積，可以看成是超小型的 BGA 封裝，但它與 BGA 封裝比卻有三大進(jìn)步：(1)由于封裝本體減小，可以提高印刷電路板的組裝密集度；(2)囚為芯片與基板連接的路徑更短，減小了電磁干擾的噪音，能適合更高的工作頻率； (3)更好的散熱性能。

微型球型矩正封裝 mBGA(micro Ball Grid Array)。它是。 BGA 的改進(jìn)版，封裝本體呈正方形，占用面積更小、連接短、電氣性能好、也不易受干擾，所以這種封裝會(huì)帶來更好的散熱及超頻性能，尤其適合工作于高頻狀態(tài)下的 Direct RDRAM，但制造成本極高。

3．3．5 高級封裝

晶片級封裝 CSP(Chip Scale Package) 。幾年之前以上所有的封裝其封裝本體面積與芯片面積之比通常都是幾倍到幾十倍，但近幾年來有些公司在 BGA 、TSOP 的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)而使得封裝本體面積與芯片面積之比減小到接近 1 的水平，所以就在原來的封裝名稱下冠以芯片級封裝以用來和以前封裝的區(qū)別。就目前來看，人們對芯片級封裝還沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義，有些公司將封裝本體面積與芯片面積之比小于 2 的定為 CSP ，而有些公司將封裝本體面積與芯片面積之比小于 1．

4 或 1 ．2 的定為 CSP。目前開發(fā)應(yīng)用最為廣泛的是 FBGA 和 QFN 等，主要用于內(nèi)存件和邏輯器件。就目前來看 CSP的引腳數(shù)還不可能太多，從幾十到一百以上。這種高密度、小巧、扁薄的封裝非常適用于設(shè)計(jì)小巧的掌上型消費(fèi)類電子裝置，如個(gè)人信息工具、手機(jī)、攝錄一體機(jī)、以及數(shù)碼相機(jī)等。

CSP 封裝具有以下特點(diǎn)：解決了 IC 裸芯片不能進(jìn)行交流參數(shù)測試和老化篩選的問題；封裝面積縮小到 BGA 的 1／4～1 / 1 0，延遲時(shí)間縮小到極短； CSP 封裝的內(nèi)存顆粒不僅可以通過 PCB 板散熱還可以從背面散熱，且散熱效率良好。 就封裝型式而言，它屬于已有封裝型式的派生品，因此可直接按照現(xiàn)有封裝型式來分為 4 類：框架封裝型式(Lead Frame Type)、硬質(zhì)基板封裝型式(Rigid Substrate Type)、軟質(zhì)基板封裝型式(Flexible Substrate Type)和芯片級封裝(Wafer Level Package)。

多晶片模塊 MCM(Multi Chip M0dule) 。20 世紀(jì) 80 年代初發(fā)源于美國，為解決單一晶片封裝集成度低和功能不夠完善的問題，把多個(gè)高集成度、高性能、高可靠性的晶片，在高密度多層互聯(lián)基板上組成多種多樣的電子模塊系統(tǒng)，從而出現(xiàn)多晶片模塊系統(tǒng)。它是把多塊裸露的 IC 晶片安裝在一塊多層高密度互連襯底上，并組裝在同一個(gè)封裝中。它和 CSP 封裝一樣屬于已有封裝形式的派生品，是一種先進(jìn)的封裝技術(shù)。多芯片模塊具有以下特點(diǎn)：封裝密度更高，電性能更好，與等效的單芯片封裝相比體積更小，是促使電路系統(tǒng)向小型化過渡的最好形式。如果采用傳統(tǒng)的單個(gè)芯片封裝的形式分別焊接在印刷電路板上，則芯片之間布線引起的信號(hào)傳輸延遲就顯得非常嚴(yán)重，尤其是在高頻電路中，而此封裝最大的優(yōu)點(diǎn)就是縮短芯片之間布線長度，而達(dá)到縮短延遲時(shí)間，易于實(shí)現(xiàn)模塊高速化；縮小整機(jī)／模塊的封裝尺寸和重量；系統(tǒng)可靠性大大提高。 WLCSP(Wafer Level Chip Scale Package)。此封裝不同于傳統(tǒng)的先切割晶圓，再組裝測試的做法，而是先在整片晶圓上進(jìn)行封裝和測試，然后再切割，如圖 6 所示。它有著更明顯的優(yōu)勢：首先是工藝工序大大優(yōu)化，晶圓直接進(jìn)入封裝工序，而傳統(tǒng)工藝在封裝之前還要對晶圓進(jìn)行切割、分類；所有集成電路一次封裝，刻印工作直接在晶圓上進(jìn)行，設(shè)備測試一次完成，有別于傳統(tǒng)組裝工藝；生產(chǎn)周期和成本大幅下降，它的生產(chǎn)周期已經(jīng)縮短到 1 天半；使芯片所需引腳數(shù)減少，提高了集成度；引腳產(chǎn)生的電磁干擾幾乎被消除，采用此封裝的內(nèi)存可以支持到 800 MHz 的頻率，最大容量可達(dá) 1GB，所以它號(hào)稱是封裝的未來主流；它的不足之處是：簽片得不到足夠的保護(hù)。

審核編輯 黃宇