芯片是怎樣制造的:
芯片制作完整過程包括 芯片設計、晶片制作、封裝制作、成本測試等幾個環節,其中晶片片制作過程尤為的復雜。
首先是芯片設計,根據設計的需求,生成的“圖樣”
1, 芯片的原料晶圓
晶圓的成分是硅,硅是由石英沙所精練出來的,晶圓便是硅元素加以純化(99.999%),接著是將些純硅制成硅晶棒,成為制造集成電路的石英半導體的材料,將其切片就是芯片制作具體需要的晶圓。晶圓越薄,成產的成本越低,但對工藝就要求的越高。
2,晶圓涂膜
晶圓涂膜能抵抗氧化以及耐溫能力,其材料為光阻的一種。
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3,晶圓光刻顯影、蝕刻
該過程使用了對紫外光敏感的化學物質,即遇紫外光則變軟。通過控制遮光物的位置可以得到芯片的外形。在硅晶片涂上光致抗蝕劑,使得其遇紫外光就會溶解。這是可以用上第一份遮光物,使得紫外光直射的部分被溶解,這溶解部分接著可用溶劑將其沖走。這樣剩下的部分就與遮光物的形狀一樣了,而這效果正是我們所要的。這樣就得到我們所需要的二氧化硅層。
4、攙加雜質
將晶圓中植入離子,生成相應的P、N類半導體。
具體工藝是是從硅片上暴露的區域開始,放入化學離子混合液中。這一工藝將改變攙雜區的導電方式,使每個晶體管可以通、斷、或攜帶數據。簡單的芯片可以只用一層,但復雜的芯片通常有很多層,這時候將這一流程不斷的重復,不同層可通過開啟窗口聯接起來。這一點類似所層PCB板的制作制作原理。 更為復雜的芯片可能需要多個二氧化硅層,這時候通過重復光刻以及上面流程來實現,形成一個立體的結構。
5、晶圓測試
經過上面的幾道工藝之后,晶圓上就形成了一個個格狀的晶粒。通過針測的方式對每個晶粒進行電氣特性檢測。 一般每個芯片的擁有的晶粒數量是龐大的,組織一次針測試模式是非常復雜的過程,這要求了在生產的時候盡量是同等芯片規格構造的型號的大批量的生產。數量越大相對成本就會越低,這也是為什么主流芯片器件造價低的一個因素。
6、封裝
將制造完成晶圓固定,綁定引腳,按照需求去制作成各種不同的封裝形式,這就是同種芯片內核可以有不同的封裝形式的原因。比如:DIP、QFP、PLCC、QFN 等等。這里主要是由用戶的應用習慣、應用環境、市場形式等外圍因素來決定的。
7、測試、包裝
經過上述工藝流程以后,芯片制作就已經全部完成了,這一步驟是將芯片進行測試、剔除不良品,以及包裝。
芯片的封裝類型有哪些?
1、BGA 封裝 (ball grid array)
球形觸點陳列,表面貼裝型封裝之一。在印刷基板的背面按陳列方式制作出球形凸點用 以 代替引腳,在印 刷基板的正面裝配 LSI 芯片,然后用模壓樹脂或灌封方法進行密封。也 稱為凸 點陳列載體(PAC)。引腳可超過200,是多引腳 LSI 用的一種封裝。 封裝本體也可做得比 QFP(四側引腳扁平封裝)小。例如,引腳中心距為1.5mm 的360 引腳 BGA 僅為31mm 見方;而引腳中心距為0.5mm 的304 引腳 QFP 為40mm 見方。而且 BGA 不 用擔 心 QFP 那樣的引腳變形問題。 該封裝是美國 Motorola 公司開發的,首先在便攜式電話等設備中被采用,今后在 美國有 可 能在個人計算機中普及。最初,BGA 的引腳(凸點)中心距為 1.5mm,引腳數為225。現在 也有 一些 LSI 廠家正在開發500 引腳的 BGA。 BGA 的問題是回流焊后的外觀檢查。現在尚不清楚是否有效的外觀檢查方 法。有的認為 , 由于焊接的中心距較大,連接可以看作是穩定的,只能通過功能檢查來處理。 美國 Motorola 公司把用模壓樹脂密封的封裝稱為 OMPAC,而把灌封方法密封的封裝稱為 GPAC(見 OMPAC 和 GPAC)。
2、BQFP 封裝 (quad flat package with bumper)
帶緩沖墊的四側引腳扁平封裝。QFP 封裝之一,在封裝本體的四個角設置突起(緩沖墊) 以 防止在運送過程 中引腳發生彎曲變形。美國半導體廠家主要在微處理器和 ASIC 等電路中 采用 此封裝。引腳中心距0.635mm, 引腳數從84 到196 左右(見 QFP)。
3、碰焊 PGA 封裝 (butt joint pin grid array)
表面貼裝型 PGA 的別稱(見表面貼裝型 PGA)。
4、C-(ceramic) 封裝
表示陶瓷封裝的記號。例如,CDIP 表示的是陶瓷 DIP。是在實際中經常使用的記號。
5、Cerdip 封裝
用玻璃密封的陶瓷雙列直插式封裝,用于 ECL RAM,DSP(數字信號處理器)等電路。帶有 玻璃窗口的Cerdip
用于紫外線擦除型 EPROM 以及內部帶有 EPROM 的微機電路等。引腳中 心 距2.54mm,引腳數從8 到42。在 日本,此封裝表示為 DIP-G(G 即玻璃密封的意思)。
6、Cerquad 封裝
表面貼裝型封裝之一,即用下密封的陶瓷 QFP,用于封裝 DSP 等的邏輯 LSI 電路。帶有窗 口的 Cerquad用 于封裝 EPROM 電路。散熱性比塑料 QFP 好,在自然空冷條件下可容許1. 5~ 2W 的功率。但封裝成本比塑料
QFP 高3~5 倍。引腳中心距有1.27mm、0.8mm、0.65mm、 0.5mm、 0.4mm 等多種規格。引腳數從32 到368。
帶引腳的陶瓷芯片載體,表面貼裝型封裝之一,引腳從封裝的四個側面引出,呈丁字形 。 帶有窗口的用于 封裝紫外線擦除型 EPROM 以及帶有 EPROM 的微機電路等。此封裝也稱為 QFJ、QFJ-G(見 QFJ)。
7、CLCC 封裝 (ceramic leaded chip carrier)
帶引腳的陶瓷芯片載體,表面貼裝型封裝之一,引腳從封裝的四個側面引出,呈丁字形。帶有窗口的用于封裝紫 外線擦除型 EPROM 以及帶有 EPROM 的微機電路等。此封裝也稱為 QFJ、QFJ-G(見 QFJ)。
8、COB 封裝 (chip on board)
板上芯片封裝,是裸芯片貼裝技術之一,半導體芯片交接貼裝在印刷線路板上,芯片與基 板的電氣連接用引線縫合方法實現,芯片與基板的電氣連接用引線縫合方法實現,并用樹脂覆 蓋以確保可*性。雖然 COB 是最簡單的裸芯片貼裝技術,但它的封裝密度遠不如 TAB 和倒片 焊技術。
9、DFP(dual flat package)
雙側引腳扁平封裝。是 SOP 的別稱(見 SOP)。以前曾有此稱法,現在已基本上不用。
10、DIC(dual in-line ceramic package)
陶瓷 DIP(含玻璃密封)的別稱(見 DIP)。
11、DIL(dual in-line) DIP 的別稱(見 DIP)。歐洲半導體廠家多用此名稱。
12、DIP(dual in-line package) 雙列直插式封裝。
插裝型封裝之一,引腳從封裝兩側引出,封裝材料有塑料和陶瓷兩種。 DIP 是最普及的插裝型封裝,應用范圍包括標準邏輯 IC,存貯器 LSI,微機電路等。
引腳中心距2.54mm,引腳數從6 到64。封裝寬度通常為15.2mm。有的把寬度為7.52mm 和10.16mm 的封 裝分別稱為 skinny DIP 和 slim DIP(窄體型 DIP)。但多數情況下并不加區分,只簡單地統稱為 DIP。另外,用低熔點玻璃密封的陶瓷 DIP 也稱為 cerdip(見 cerdip)。
13、DSO(dual small out-lint)
雙側引腳小外形封裝。SOP 的別稱(見 SOP)。部分半導體廠家采用此名稱。
14、DICP(dual tape carrier package)
雙側引腳帶載封裝。TCP(帶載封裝)之一。引腳制作在絕緣帶上并從封裝兩側引出。由于利用的是 TAB(自 動帶載焊接)技術,封裝外形非常薄。常用于液晶顯示驅動 LSI,但多數為定制品。另外,0.5mm 厚的存儲器 LSI簿形封裝正處于開發階段。在日本,按照 EIAJ(日本電子機械工業)會標準規定,將 DICP 命名為DTP。
15、DIP(dual tape carrier package)
同上。日本電子機械工業會標準對 DTCP 的命名(見 DTCP)。
16、FP(flat package)
扁平封裝。表面貼裝型封裝之一。QFP 或 SOP(見 QFP 和 SOP)的別稱。部分半導體廠家采用此名稱。
17、Flip-chip
倒焊芯片。裸芯片封裝技術之一,在 LSI 芯片的電極區制作好金屬凸點,然后把金屬凸點與印刷基板上 的電極區進行壓焊連接。封裝的占有面積基本上與芯片尺寸相同。是所有封裝技術中體積最小、最薄的一種。
但如果基板的熱膨脹系數與 LSI 芯片不同,就會在接合處產生反應,從而影響連接的可靠性。因此必須用樹脂來加固 LSI 芯片,并使用熱膨脹系數基本相同的基板材料。其中SiS 756北橋芯片采用最新的Flip-chip封裝,全面支持AMD Athlon 64/FX中央處理器。支持PCI Express X16接口,提供顯卡最高8GB/s雙向傳輸帶寬。支持最高HyperTransport Technology,最高2000MT/s MHz的傳輸帶 寬。內建矽統科技獨家Advanced HyperStreaming Technology,MuTIOL 1G Technology。
18、FQFP(fine pitch quad flat package)
小引腳中心距 QFP。通常指引腳中心距小于0.65mm 的 QFP(見 QFP)。部分導導體廠家采用此名稱。塑 料四邊引出扁平封裝 PQFP(Plastic Quad Flat Package)PQFP 的封裝形式最為普遍。其芯片引腳之間距離很小,引腳很細,很多大規模或超大集成電路都采用這 種封裝形式,引腳數量一般都在100個以上。Intel 系列 CPU 中80286、80386和某些486主板芯片采用這種封裝形式。 此種封裝形式的芯片必須采用 SMT 技術(表面安裝設備)將芯片與電路板焊接起來。采用 SMT 技術安裝的芯片 不必在電路板上打孔,一般在電路板表面上有設計好的相應引腳的焊點。將芯片各腳對準相應的焊點,即可實現 與主板的焊接。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。SMT 技術也被廣泛的使用在芯 片焊接領域,此后很多高級的封裝技術都需要使用 SMT 焊接。
以下是一顆 AMD 的 QFP 封裝的286處理器芯片。0.5mm 焊區中心距,208根 I/O 引腳,外形尺寸28×28mm, 芯片尺寸10×10mm,則芯片面積/封裝面積=10×10/28×28=1:7.8,由此可見 QFP 比 DIP 的封裝尺寸大大減小了。
19、PQFP 封裝的主板聲卡芯片 19、CPAC(globe top pad array carrier)
美國 Motorola 公司對 BGA 的別稱(見 BGA)。
20、CQFP 軍用晶片陶瓷平版封裝 (Ceramic Quad Flat-pack Package)
右邊這顆晶片為一種軍用晶片封裝(CQFP),這是封裝還沒被放入晶體以前的樣子。這種封裝在軍用品以及航太工 業用晶片才有機會見到。晶片槽旁邊有厚厚的黃金隔層(有高起來,照片上不明顯)用來防止輻射及其他干擾。 外圍有螺絲孔可以將晶片牢牢固定在主機板上。而最有趣的就是四周的鍍金針腳,這種設計可以大大減少晶片封裝的厚度並提供極佳的散熱。
21、H-(with heat sink)
表示帶散熱器的標記。例如,HSOP 表示帶散熱器的 SOP。
22、Pin Grid Array(Surface Mount Type)
表面貼裝型 PGA。通常 PGA 為插裝型封裝,引腳長約3.4mm。表面貼裝型 PGA 在封裝的 底面有陳列狀的引腳,其長度從1.5mm 到2.0mm。貼裝采用與印刷基板碰焊的方法,因而也稱 為碰焊 PGA。因為引腳中心距只有1.27mm,比插裝型 PGA 小一半,所以封裝本體可制作得不 怎么大,而引腳數比插裝型多(250~528),是大規模邏輯 LSI 用的封裝。封裝的基材有多層陶瓷基板和玻璃環氧樹脂印刷基數。以多層陶瓷基材制作封裝已經實用化。
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23、JLCC 封裝(J-leaded chip carrier)
J 形引腳芯片載體。指帶窗口 CLCC 和帶窗口的陶瓷 QFJ 的別稱(見 CLCC 和 QFJ)。部分半導體廠家 采用的名稱。
24、LCC 封裝(Leadless chip carrier)
無引腳芯片載體。指陶瓷基板的四個側面只有電極接觸而無引腳的表面貼裝型封裝。是高速和高頻 IC 用 封裝,也稱為陶瓷 QFN 或 QFN-C(見 QFN)。
25、LGA 封裝(land grid array)
觸點陳列封裝。即在底面制作有陣列狀態坦電極觸點的封裝。裝配時插入插座即可。現已實用的有227 觸 點(1.27mm 中心距)和447 觸點(2.54mm 中心距)的陶瓷 LGA,應用于高速邏輯 LSI 電路。
LGA 與 QFP 相比,能夠以比較小的封裝容納更多的輸入輸出引腳。另外,由于引線的阻抗小,對于高速 LSI 是很適用的。但由于插座制作復雜,成本高,現在基本上不怎么使用。預計今后對其需求會有所增加。
26、AMD 的2.66GHz 雙核心的 Opteron F 的 Santa Rosa 平臺 26、LOC 封裝(lead on chip)
芯片上引線封裝。LSI 封裝技術之一,引線框架的前端處于芯片上方的一種結構,芯片的中心附近制作 有凸焊點,用引線縫合進行電氣連接。與原來把引線框架布置在芯片側面附近的結構相比,在相同大小的封裝中容納的芯片達1mm 左右寬度。
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27、LQFP 封裝(low profile quad flat package)
薄型 QFP。指封裝本體厚度為1.4mm 的 QFP,是日本電子機械工業會根據制定的新 QFP外形規格所用的名稱。
28、L-QUAD 封裝
陶瓷 QFP 之一。封裝基板用氮化鋁,基導熱率比氧化鋁高7~8 倍,具有較好的散熱性。 封裝的框架用氧化鋁,芯片用灌封法密封,從而抑制了成本。是為邏輯 LSI 開發的一種封裝,在自然空冷條件下可容許 W3的功率。現已開發出了208 引腳(0.5mm 中心距)和160 引腳(0.65mm 中心距)的 LSI 邏輯用封
裝,并于1993 年10 月開始投入批量生產。
29、MCM封裝(multi-chip module)
多芯片組件。將多塊半導體裸芯片組裝在一塊布線基板上的一種封裝。
根據基板材料可分為MCM-L,MCM-C 和MCM-D 三大類。
MCM-L 是使用通常的玻璃環氧樹脂多層印刷基板的組件。布線密度不怎么高,成本較低。
MCM-C 是用厚膜技術形成多層布線,以陶瓷(氧化鋁或玻璃陶瓷)作為基板的組件,與使用多層陶瓷基板的厚膜混合IC 類似。兩者無明顯差別。布線密度高于MCM-L。
MCM-D 是用薄膜技術形成多層布線,以陶瓷(氧化鋁或氮化鋁)或Si、Al 作為基板的組件。布線密謀在三種組件中是最高的,但成本也高。
30、MFP 封裝( mini flat package)
小形扁平封裝。塑料 SOP 或 SSOP 的別稱(見 SOP 和 SSOP)。部分半導體廠家采用的名稱。
31、MQFP 封裝 (metric quad flat package)
按照 JEDEC(美國聯合電子設備委員會)標準對 QFP 進行的一種分類。指引腳中心距為0.65mm、本體厚度 為3.8mm~2.0mm 的標準 QFP(見 QFP)。
32、MQUAD 封裝 (metal quad)
美國 Olin 公司開發的一種 QFP 封裝。基板與封蓋均采用鋁材,用粘合劑密封。在自然空冷條件下可 容許2.5W~2.8W 的功率。日本新光電氣工業公司于1993 年獲得特許開始生產。
33、MSP 封裝 (mini square package)
QFI 的別稱(見 QFI),在開發初期多稱為 MSP。QFI 是日本電子機械工業會規定的名稱。
34、OPMAC 封裝 (over molded pad array carrier)
模壓樹脂密封凸點陳列載體。美國 Motorola 公司對模壓樹脂密封 BGA 采用的名稱(見 BGA)。
35、P-(plastic) 封裝
表示塑料封裝的記號。如 PDIP 表示塑料 DIP。
36、PAC 封裝 (pad array carrier)
凸點陳列載體,BGA 的別稱(見 BGA)。
37、PCLP(printed circuit board leadless package)
印刷電路板無引線封裝。日本富士通公司對塑料 QFN(塑料 LCC)采用的名稱(見 QFN)。引腳中心距有
0.55mm 和0.4mm 兩種規格。目前正處于開發階段。
38、PFPF(plastic flat package)
塑料扁平封裝。塑料 QFP 的別稱(見 QFP)。部分 LSI 廠家采用的名稱。
39、PGA(pin grid array)
陳列引腳封裝。插裝型封裝之一,其底面的垂直引腳呈陳列狀排列。封裝基材基本上都采用多層陶瓷基 板。在未專門表示出材料名稱的情況下,多數為陶瓷 PGA,用于高速大規模邏輯 LSI 電路。成本較高。引腳中心 距通常為2.54mm,引腳數從64 到447 左右。了為降低成本,封裝基材可用玻璃環氧樹脂印刷基板代替。也有64~
256 引腳的塑料 PGA。另外,還有一種引腳中心距為1.27mm 的短引腳表面貼裝型 PGA(碰焊 PGA)。(見表面貼
裝型 PGA)。
40、Piggy Back
馱載封裝。指配有插座的陶瓷封裝,形關與 DIP、QFP、QFN 相似。在開發帶有微機的設備時用于評 價程序確認操作。例如,將 EPROM 插入插座進行調試。這種封裝基本上都是定制品,市場上不怎么流通。
什么是芯片組:
芯片組(Chipset)是構成主板電路的核心。一定意義上講,它決定了主板的級別和檔次。它就是“南橋”和“北橋”的統稱,就是把以前復雜的電路和元件最大限度地集成在幾顆芯片內的芯片組。芯片組是整個身體的神經,芯片組幾乎決定了這塊主板的功能,進而影響到整個電腦系統性能的發揮,芯片組是主板的靈魂。芯片組性能的優劣,決定了主板性能的好壞與級別的高低。這是因為目前CPU的型號與種類繁多、功能特點不一,如果芯片組不能與CPU良好地協同工作,將嚴重地影響計算機的整體性能甚至不能正常工作。
芯片組的作用和功能:
主板芯片組幾乎決定著主板的全部功能。北橋芯片提供對CPU類型和主頻的支持、系統高速緩存的支持、主板的系統總線頻率、內存管理(內存類型、容量和性能)、顯卡插槽規格,ISA/PCI/AGP插槽、ECC糾錯等支持;南橋芯片提供了對I/O的支持,提供對KBC(鍵盤控制器)、RTC(實時時鐘控制器)、USB(通用串行總線)、Ultra DMA/33(66)EIDE數據傳輸方式和ACPI(高級能源管理)等的支持,以及決定擴展槽的種類與數量、擴展接口的類型和數量;高度集成的芯片組大大的提高了系統芯片的可靠性,減少了故障,降低了生產成本。例如有些納入3D加速顯示(集成顯示芯片)、AC‘97聲音解碼等功能的芯片組還決定著計算機系統的顯示性能和音頻播放性能等。芯片組的識別這個也非常容易,以Intel440BX芯片組為例,它的北橋芯片是Intel 82443BX芯片,通常在主板上靠近CPU插槽的位置,由于芯片的發熱量較高,在這塊芯片上裝有散熱片。南橋芯片在靠近ISA和PCI槽的位置,芯片的名稱為Intel 82371EB。其他芯片組的排列位置基本相同。
芯片組的“人生贏家”:
臺式機臺式機芯片組要求有強大的性能,良好的兼容性,互換性和擴展性,對性價比要求也最高,并適度考慮用戶在一定時間內的可升級性,擴展能力在三者中最高。英特爾平臺VIA、SiS等幾家加起來都只能占有比較小的市場份額,而且主要是在中低端和整合領域。AMD平臺AMD也占有很大的市場份額,NVIDIA、VIA、SiS基本退出了主板芯片組市場。
但目前為止只有這十家能生產芯片組:
到目前為止,能夠生產芯片組的廠家:
1、Intel(美國英特爾)
2、AMD(美國超微半導體)
3、NVIDIA(美國英偉達)
4、ⅥA(中國***威盛)
5、SiS(中國***矽統科技)
6、ULI(中國***宇力)
7、Ali(中國***揚智)
8、ServerWorks(美國)
9、IBM(美國)
10、HP(美國惠普)
在為數不多的10家,其中以英特爾和AMD的芯片組最為常見。在臺式機的英特爾平臺上,英特爾自家的芯片組占有最大的市場份額,而且產品線齊全,高、中、低端以及整合型產品都有,其它的芯片組廠商ⅥA、SIS、ULI以及最新加入的ATI和NⅥDIA幾家加起來都只能占有比較小的市場份額。在AMD平臺上,AMD在收購ATI以后,也開始像INTEL一樣,走向了自家芯片組配自家CPU的組合,產品越來越多,而且市場份額也越來越大。而曾經AMD平臺上最大的芯片組供應商ⅥA已經在市場上看不到了,原本憑借nForce2、nForce3、nForce4、nForce5系列芯片組打敗ⅥA,成為AMD平臺最大的芯片供應商NⅥDIA,也在AMD收購ATI并推出自有的6、7、8、9、A、E系列芯片組后,完全退出了芯片組市場。AMD自身在6系列芯片組的基礎上,發出了具有里程碑意義的7系列組芯片組,不但牢牢站穩了AMD平臺芯片組銷售量第一的寶座,也通過強大的780G(第一次,同時代集成顯卡擊敗低端獨立顯卡)集成芯片組打了英特爾個措手不及,一掃前段時間被酷睿2壓著打的局面。而SIS與ULI依舊是扮演配角,主要也是在中、低端和整合領域。筆記本方面,英特爾平臺具有絕對的優勢,所以英特爾自家的筆記本芯片組也占據了最大的市場份額,其它廠家都只能扮演配角以及為市場份額較小的AMD平臺設計產品。服務器/工作站方面,英特爾平臺更是絕對的優勢地位,英特爾自家的服務器/工作站芯片組產品占據著大多數的市場份額,但在基于英特爾架構的高端多路服務器領域方面,IBM和HP卻具有絕對的優勢,例如IBM的XA32以及HP的F8都是非常優秀的高端多路服務器芯片組產品,只不過都是只應用在該公司的服務器產品上而名聲不是太大罷了;而AMD服務器/工作站平臺由于市場份額較小,主要都是采用AMD自家的芯片組產品。值得注意的是,曾經在基于英特爾架構的服務器/工作站芯片組領域風光無限的ServerWorks在被Broadcom收購之后已經徹底退出了芯片組市場;而ULI也已經被NⅥDIA收購,也極有可能退出芯片組市場。
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