浅谈半导体集成电路封装的历程

孤者浪人 提交于 2019-11-28 02:37:53
      IC封装历史始于30多年前。当时采用金属和陶瓷两大类封壳,它们曾是电子工业界的“辕马”,凭其结实、可靠、散热好、功耗大、能承受严酷环境条件等优点,广泛满足从消费类电子产品到空间电子产品的需求。但它们有诸多制约因素,即重量、成本、封装密度及引脚数。最早的金属壳是TO型,俗称“礼帽型”;陶瓷壳则是扁平长方形。

  大约在20世纪60年代中期,仙童公司开发出塑料双列直插式封装(PDIP),有8条引线。随着硅技术的发展,芯片尺寸愈来愈大,相应地封壳也要变大。到60年代末,四边有引线较大的封装出现了。那时人们还不太注意压缩器件的外形尺寸,故而大一点的封壳也可以接受。但大封壳占用PCB面积多,于是开发出引线陶瓷芯片载体(LCCC)。1976年~1977年间,它的变体即塑料有引线载体(PLCC)面世,且生存了约10年,其引脚数有16个~132个。

  20世纪80年代中期开发出的四方型扁平封装(QFP)接替了PLCC。当时有凸缘QFP(BQFP)和公制MQFP(MQFP)两种。但很快MQFP以其明显的优点取代了BQFP。其后相继出现了多种改进型,如薄型QFP(TQFP)、细引脚间距QFP(VQFP)、缩小型QFP(SQFP)、塑料QFP(PQFP)、金属QFP(MetalQFP)、载带QFP(TapeQFP)等。这些QFP均适合表面贴装。但这种结构仍占用太多的PCB面积,不适应进一步小型化的要求。因此,人们开始注意缩小芯片尺寸,相应的封装也要尽量小。实际上,1968年~1969年,菲利浦公司就开发出小外形封装(SOP)。以后逐渐派生出J型引脚小外型封装(SOJ)、薄小外形封装(TSOP)、甚小外形封装(VSOP)、缩小型SOP(SSOP)、薄的缩小型SOP(TSSOP)及小外形晶体管(SOT)、小外型集成电路(SOIC)等。这样,IC的塑封壳有两大类:方型扁平型和小型外壳型。前者适用于多引脚电路,后者适用于少引脚电路。

  随着半导体工业的飞速发展,芯片的功能愈来愈强,需要的外引脚数也不断增加,再停留在周边引线的老模式上,即使把引线间距再缩小,其局限性也日渐突出,于是有了面阵列的新概念,诞生了阵列式封装。

  阵列式封装最早是针栅阵列(PGA),引脚为针式。将引脚形状变通为球形凸点,即有球栅阵列(BGA);球改为柱式就是柱栅阵列(CGA)。后来更有载带BGA(TBGA)、金属封装BGA(MBGA)、陶瓷BGA(CBGA)、倒装焊BGA(FCBGA)、塑料BGA(PBGA)、增强型塑封BGA(EPBGA)、芯片尺寸BGA(D2BGA)、小型BGA(MiniBGA)、微小型BGA(MicroBGA)及可控塌陷BGA(C2BGA)等。BGA成为当今最活跃的封装形式。

  历史上,人们也曾试图不给IC任何封装。最早的有IBM公司在20世纪60年代开发的C4(可控塌陷芯片连接)技术。以后有板上芯片(COB)、柔性板上芯片(COF)及芯片上引线(LOC)等。但裸芯片面临一个确认优质芯片(KGD)的问题。因此,提出了既给IC加上封装又不增加多少“面积”的设想,1992年日本富士通首先提出了芯片尺寸封装(CSP)概念。很快引起国际上的关注,它必将成为IC封装的一个重要热点。

  另一种封装形式是贝尔实验室大约在1962年提出,由IBM付诸实现的带式载体封装(TCP)。它是以柔性带取代刚性板作载体的一种封装。因其价格昂贵、加工费时,未被广泛使用。

  上述种类繁多的封装,其实都源自20世纪60年代就诞生的封装设想。推动其发展的因素一直是功率、重量、引脚数、尺寸、密度、电特性、可靠性、热耗散,价格等。

  尽管已有这么多封装可供选择,但新的封装还会不断出现。另一方面,有不少封装设计师及工程师正在努力以去掉封装。当然,这绝非易事,封装将至少还得陪伴我们20年,直到真正实现芯片只在一个互连层上集成。

  可以这样粗略地归纳封装的发展进程:
               结构方面TO→DIP→LCC→QFP→BGA→CSP;
               材料方面是金属→陶瓷→塑料;
               引脚形状是长引线直插→短引线或无引线贴装→球状凸点;
               装配方式是通孔封装→表面安装→直接安装。


转载于:https://www.cnblogs.com/asic/archive/2011/05/22/2053387.html

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