Balení chipsů

Plášť použitý k instalaci čipu polovodičového integrovaného obvodu plní roli umístění, upevnění, utěsnění, ochrany čipu a zvýšení elektrotepelného výkonu a je také mostem pro komunikaci vnitřního světa čipu s vnějším obvodem - kontakty. na čipu jsou připojeny k plášti obalu pomocí vodičů Na kolících jsou tyto kolíky připojeny k dalším zařízením prostřednictvím vodičů na desce s plošnými spoji. U CPU a dalších integrovaných obvodů LSI proto hraje důležitou roli obal.

Od doby, kdy společnost Intel Corporation navrhla a vyrobila 4-bitové mikroprocesorové čipy v roce 1971, za posledních 20 let se CPU vyvinuly z Intel 4004, 80286, 80386, 80486 na Pentium, PⅡ, PⅢ, P4, od 4- bit, 8-bit, 16-bit, 32-bit se vyvinul na 64-bit; hlavní frekvence se vyvinula z MHz na dnešní GHz; počet tranzistorů integrovaných v čipu CPU vyskočil z více než 2000 na více než 10 milionů; rozsah technologie výroby polovodičů se změnil z SSI, MSI, LSI, VLSI (velmi rozsáhlé IC) na ULSI. Vstupně/výstupní (I/O) piny balíku se postupně zvyšují z desítek na stovky a mohou dosáhnout i 2000. Všechno je to velká změna.

Běžně používané integrované obvody

Běžně používané integrované obvody

Každý už zná CPU, 286, 386, 486, Pentium, PII, Celeron, K6, K6-2, Athlon... Věřím, že můžete uvést dlouhý seznam jako několik. Ale pokud jde o balení CPU a dalších rozsáhlých integrovaných obvodů, málokdo to zná. Takzvaný balíček označuje plášť používaný k instalaci čipu polovodičového integrovaného obvodu. Neplní pouze roli umístění, upevnění, těsnění, ochrany čipu a zvýšení tepelné vodivosti, ale slouží také jako most mezi vnitřním světem čipu a vnějším obvodem - kontaktem na čipu. Vodiče jsou připojeny ke kolíkům na krytu pouzdra a tyto kolíky jsou připojeny k dalším zařízením pomocí vodičů na desce s plošnými spoji. Proto balení hraje důležitou roli pro CPU a další integrované obvody LSI (Large Scalc Integrat~on) a vznik nové generace CPU je často doprovázen používáním nových forem balení. Technologie balení čipů prošla několika generacemi změn, od DIP, QFP, PGA, BGA, k CSP a poté k MCM, technické ukazatele jsou z generace na generaci stále pokročilejší, včetně poměru plochy čipu k ploše obalu je blíží se 1, použitelné Frekvence je stále vyšší a vyšší a teplotní odolnost je stále lepší a lepší. Zvýšený počet kuželek, snížená rozteč kuželek, snížená hmotnost, zlepšená spolehlivost.

Komponentní zapouzdření

Pouzdro PQFP (Plastic Quad Flat Package) má velmi malou vzdálenost mezi kolíky čipu a kolíky jsou velmi tenké. Obecně platí, že velké nebo ultra velké integrované obvody přijímají tuto formu pouzdra a počet kolíků je obecně více než 100. Čipy zabalené v této formě musí používat SMD (Surface Mount Device Technology) k připájení čipu k základní desce. Čipy instalované pomocí SMD nepotřebují děrovat otvory na základní desce a obecně mají navržené pájené spoje pro odpovídající kolíky na povrchu základní desky. Zarovnejte kolíky čipu s odpovídajícími pájenými spoji a poté lze realizovat pájení se základní deskou. Takto pájené čipy se bez speciálního nářadí jen těžko rozebírají.

Čipy balené metodou PFP (Plastic Flat Package) jsou v zásadě stejné jako metoda PQFP. Jediný rozdíl je v tom, že PQFP je obecně čtvercový, zatímco PFP může být čtvercový nebo obdélníkový.

Funkce:

1. Je vhodný pro technologii povrchové montáže SMD pro instalaci a zapojení na desky plošných spojů.

2. Vhodné pro vysokofrekvenční použití. ⒊Snadná obsluha a vysoká spolehlivost.

4. Poměr mezi plochou čipu a plochou obalu je malý.

Tento balíček používají základní desky 80286, 80386 a některé 486 v CPU řady Intel.

Pro SMD, PQFP a PFP atd. pájení nebo odpájení:

BGA Ball Grid Array

S rozvojem technologie integrovaných obvodů jsou požadavky na balení integrovaných obvodů přísnější. Technologie balení totiž souvisí s funkčností produktu. Když frekvence integrovaného obvodu překročí 100 MHz, tradiční způsob balení může způsobit takzvaný fenomén „CrossTalk (přeslechy)“, a když je počet kolíků integrovaného obvodu větší než 208 kolíků, tradiční zapouzdření má své potíže. Kromě použití balení PQFP se proto většina dnešních čipů s vysokým počtem pinů (jako jsou grafické čipy a čipové sady atd.) obrátila na technologii balení BGA (Ball Grid Array Package). Jakmile se objevilo BGA, stalo se nejlepší volbou pro vysoce výkonné multipinové balíčky s vysokou hustotou, jako jsou CPU a čipy jižního/severního můstku na základních deskách.

Balicí technologii BGA lze rozdělit do pěti kategorií

1. Substrát PBGA (Plastic BGA): obecně vícevrstvá deska složená z 2-4 vrstev organických materiálů. Mezi procesory řady Intel tento balíček používají všechny procesory Pentium Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ.

2. Substrát CBGA (CeramicBGA): tedy keramický substrát. Elektrické spojení mezi čipem a substrátem je obvykle instalováno pomocí flip čipu (zkráceně FlipChip, FC). Mezi procesory řady Intel tento balíček používají procesory Pentium I, II a Pentium Pro.

⒊FCBGA (FilpChipBGA) substrát: tvrdý vícevrstvý substrát.

⒋ Substrát TBGA (TapeBGA): Substrát je měkká deska plošných spojů s plošnými spoji ve tvaru pásku 1-2.

5. Substrát CDPBGA (Carity Down PBGA): označuje oblast čipu (také známou jako oblast dutiny) se čtvercovou prohlubní uprostřed obalu.

Funkce:

1. Přestože se počet I/O kolíků zvýšil, vzdálenost mezi kolíky je mnohem větší než u metody balení QFP, což zvyšuje výtěžnost.

2. Přestože spotřeba energie BGA roste, elektrotepelný výkon lze zlepšit díky použití řízeného třískového svařování.

⒊Zpoždění přenosu signálu je malé a frekvence adaptace se výrazně zlepšila.

4. Pro montáž lze použít koplanární svařování a spolehlivost je výrazně zlepšena.

Po více než deseti letech vývoje vstoupila metoda balení BGA do praktické fáze. V roce 1987 začala slavná společnost Citizen vyvíjet čipy (tj. BGA) zabalené do plastových kulových mřížkových polí. Poté se do řad vyvíjejících BGA přidaly také společnosti jako Motorola a Compaq. V roce 1993 se Motorola ujala vedení v aplikaci BGA na mobilní telefony. Ve stejném roce jej Compaq aplikoval také na pracovní stanice a PC. Ještě před pěti nebo šesti lety začala společnost Intel Corporation používat BGA v počítačových CPU (tj. Pentium II, Pentium III, Pentium IV atd.) a čipových sadách (jako je i850), které hrály roli při rozšiřování oblastí aplikací BGA. . BGA se stalo extrémně populární technologií balení IC. Jeho celosvětová velikost trhu byla v roce 2000 1,2 miliardy kusů. Odhaduje se, že poptávka na trhu v roce 2005 vzroste oproti roku 2000 o více než 70 procent.

Velikost čipu CSP

S celosvětovou poptávkou po personalizovaných a lehkých elektronických produktech postoupila technologie balení na CSP (Chip Size Package). Zmenšuje velikost obrysu pouzdra čipu, takže velikost pouzdra může být stejně velká jako velikost holého čipu. To znamená, že délka strany zabaleného IC není větší než 1,2krát větší než délka čipu a plocha IC je pouze 1,4krát větší než matrice.

Obaly CSP lze rozdělit do čtyř kategorií

⒈Lead Frame Type (tradiční forma olověného rámu), mezi reprezentativní výrobce patří Fujitsu, Hitachi, Rohm, Goldstar a tak dále.

2. Rigid Interposer Type (pevný interposer typ), mezi reprezentativní výrobce patří Motorola, Sony, Toshiba, Panasonic a tak dále.

⒊Flexible Interposer Type (soft interposer type), z nichž nejznámější je Tessera microBGA a CTS sim-BGA také používá stejný princip. Mezi další zastoupené výrobce patří General Electric (GE) a NEC.

⒋Balík na úrovni waferu (obal velikosti oplatky): Na rozdíl od tradiční metody balení jednoho čipu je WLCSP rozřezat celý wafer na jednotlivé čipy. Tvrdí, že je budoucím hlavním proudem obalových technologií a byl investován do výzkumu a vývoje. Včetně FCT, Aptos, Casio, EPIC, Fujitsu, Mitsubishi Electronics atd.

Funkce:

1. Splňuje rostoucí potřeby čipových I/O pinů.

2. Poměr mezi plochou čipu a plochou obalu je velmi malý.

⒊ výrazně zkraťte dobu zpoždění.

Obal CSP je vhodný pro integrované obvody s malým počtem kolíků, jako jsou paměťové karty a přenosné elektronické produkty. V budoucnu bude široce používán v informačních zařízeních (IA), digitální televizi (DTV), e-knihách (E-Book), bezdrátové síti WLAN/GigabitEthemet, čipu ADSL/mobilního telefonu, Bluetooth (Bluetooth) a dalších nově vznikajících produkty.

A pájení a odpájení BGA, CSP, TBGA a PBGA: