集成電路封裝：

在電子學金字塔中的位置既是金字塔的尖頂又是金字塔的基座。說它同時處在這兩種位置都有很充分的根據。從電子元器件（如晶體管）的密度這個角度上來說，IC代表了電子學的尖端。但是IC又是一個起始點，是一種基本結構單元，是組成我們生活中大多數電子系統的基礎。同樣，IC不僅僅是單塊芯片或者基本電子結構，IC的種類千差萬別（模擬電路、數字電路、射頻電路、傳感器等），因而對于封裝的需求和要求也各不相同。本文對IC封裝技術做了全面的回顧，以粗線條的方式介紹了制造這些不可缺少的封裝結構時用到的各種材料和工藝。

集成電路封裝還必須充分地適應電子整機的需要和發展。由于各類電子設備、儀器儀表的功能不同，其總體結構和組裝要求也往往不盡相同。因此，集成電路封裝必須多種多樣，才足以滿足各種整機的需要。

集成電路封裝是伴隨集成電路的發展而前進的。隨著宇航、航空、機械、輕工、化工等各個行業的不斷發展，整機也向著多功能、小型化方向變化。這樣，就要求集成電路的集成度越來越高，功能越來越復雜。相應地要求集成電路封裝密度越來越大，引線數越來越多，而體積越來越小，重量越來越輕，更新換代越來越快，封裝結構的合理性和科學性將直接影響集成電路的質量。因此，對于集成電路的制造者和使用者，除了掌握各類集成電路的性能參數和識別引線排列外，還要對集成電路各種封裝的外形尺寸、公差配合、結構特點和封裝材料等知識有一個系統的認識和了解。以便使集成電路制造者不因選用封裝不當而降低集成電路性能;也使集成電路使用者在采用集成電路進行征集設計和組裝時，合理進行平面布局、空間占用，做到選型恰當、應用合理。

為什么要對芯片進行封裝？

任何事物都有其存在的道理，芯片封裝的意義又體現在哪里呢？從業內普遍認識來看，芯片封裝主要具備以下四個方面的作用：固定引腳系統、物理性保護、環境性保護和增強散熱。下面我們就這四方面做一個簡單描述。

1.固定引腳系統

要讓芯片正常工作，就必須與外部設備進行數據交換，而封裝最重要的意義便體現在這里。當然，我們不可能將芯片內的引腳直接與電路板等連接，因為這部分金屬線相當細，通常情況下小于1.5微米（μm），而且多數情況下只有1.0微米。但通過封裝以后，將外部引腳用金屬銅與內部引腳焊接起來，芯片便可以通過外部引腳間接地與電路板連接以起到數據交換的作用。

外部引腳系統通常使用兩種不同的合金——鐵鎳合金及銅合金，前者可用于高強度以及高穩定性的場合，而后者具有導電性和導熱性較好的優勢。具體選用何種引腳系統可根據實際情況來定。

2. 物理性保護芯片通過封裝以后可以免受微粒等物質的污染和外界對它的損害。實現物理性保護的主要方法是將芯片固定于一個特定的芯片安裝區域，并用適當的封裝外殼將芯片、芯片連線以及相關引腳封閉起來，從而達到保護的目的。應用領域的不同，對于芯片封裝的等級要求也不盡相同，當然，消費類產品要求最低。

3.環境性保護

封裝的另一個作用便是對芯片的環境性保護，可以讓芯片免受濕氣等其他可能干擾芯片正常功能的氣體對它正常工作產生不良影響。

4. 增強散熱

眾所周知，所有半導體產品在工作的時候都會產生熱量，而當熱量達到一定限度的時候便會影響芯片正常工作。而封裝體的各種材料本身就可以帶走一部分熱量。當然，對于大多數發熱量大的芯片，除了通過封裝材料進行降溫以外，還需要考慮在芯片上額外安裝一個金屬散熱片或風扇以達到更好的散熱效果。

作用

集成電路封裝不僅起到集成電路芯片內鍵合點與外部進行電氣連接的作用，也為集成電路芯片提供了一個穩定可靠的工作環境，對集成電路芯片起到機械或環境保護的作用，從而集成電路芯片能夠發揮正常的功能，并保證其具有高穩定性和可靠性。總之，集成電路封裝質量的好壞，對集成電路總體的性能優劣關系很大。因此，封裝應具有較強的機械性能、良好的電氣性能、散熱性能和化學穩定性。

雖然IC的物理結構、應用領域、I/O數量差異很大，但是IC封裝的作用和功能卻差別不大，封裝的目的也相當的一致。作為“芯片的保護者”，封裝起到了好幾個作用，歸納起來主要有兩個根本的功能：

（1）保護芯片，使其免受物理損傷。

（2）重新分布I/O，獲得更易于在裝配中處理的引腳節距。封裝還有其他一些次要的作用，比如提供一種更易于標準化的結構，為芯片提供散熱通路，使芯片避免產生α粒子造成的軟錯誤，以及提供一種更方便于測試和老化試驗的結構。封裝還能用于多個IC的互連。可以使用引線鍵合技術等標準的互連技術來直接進行互連。或者也可用封裝提供的互連通路，如混合封裝技術、多芯片組件（MCM）、系統級封裝（SiP）以及更廣泛的系統體積小型化和互連（VSMI）概念所包含的其他方法中使用的互連通路，來間接地進行互連。

隨著微電子機械系統（MEMS）器件和片上實驗室（lab-on-chip）器件的不斷發展，封裝起到了更多的作用：如限制芯片與外界的接觸、滿足壓差的要求以及滿足化學和大氣環境的要求。人們還日益關注并積極投身于光電子封裝的研究，以滿足這一重要領域不斷發展的要求。最近幾年人們對IC封裝的重要性和不斷增加的功能的看法發生了很大的轉變，IC封裝已經成為了和IC本身一樣重要的一個領域。這是因為在很多情況下，IC的性能受到IC封裝的制約，因此，人們越來越注重發展IC封裝技術以迎接新的挑戰。

折疊封裝形式

集成電路發展初期，其封裝主要是在半導體晶體管的金屬圓形外殼基礎上增加外引線數而形成的。但金屬圓形外殼的引線數受結構的限制不可能無限增多，而且這種封裝引線過多時也不利于集成電路的測試和安裝，從而出現了扁平式封裝。而扁平式封裝不易焊接，隨著波峰焊技術的發展又出現了雙列式封裝。由于軍事技術的發展和整機小型化的需要，集成電路的封裝又有了新的變化，相繼產生了片式載體封裝、四面引線扁平封裝、針柵陣列封裝、載帶自動焊接封裝等。同時，為了適應集成電路發展的需要，還出現了功率型封裝、混合集成電路封裝以及適應某些特定環境和要求的恒溫封裝、抗輻照封裝和光電封裝。并且各類封裝逐步形成系列，引線數從幾條直到上千條，已充分滿足集成電路發展的需要。

折疊封裝材料

如上所述，集成電路封裝的作用之一就是對芯片進行環境保護，避免芯片與外部空氣接觸。因此必須根據不同類別的集成電路的特定要求和使用場所，采取不同的加工方法和選用不同的封裝材料，才能保證封裝結構氣密性達到規定的要求。集成電路早期的封裝材料是采用有機樹脂和蠟的混合體，用充填或灌注的方法來實現封裝的，顯然可靠性很差。也曾應用橡膠來進行密封，由于其耐熱、耐油及電性能都不理想而被淘汰。使用廣泛、性能最為可靠的氣密密封材料是玻璃-金屬封接、陶瓷-金屬封裝和低熔玻璃-陶瓷封接。處于大量生產和降低成本的需要，塑料模型封裝已經大量涌現，它是以熱固性樹脂通過模具進行加熱加壓來完成的，其可靠性取決于有機樹脂及添加劑的特性和成型條件，但由于其耐熱性較差和具有吸濕性，還不能與其他封接材料性能相當，尚屬于半氣密或非氣密的封接材料。

隨著芯片技術的成熟和芯片成品率的迅速提高，后部封接成本占整個集成電路成本的比重也愈來愈大，封裝技術的變化和發展日新月異，令人目不暇接。

究竟集成電路封裝形式有哪幾種？

一、SOP小外形封裝

SOP，也可以叫做SOL和DFP，是一種很常見的元器件形式。同時也是表面貼裝型封裝之一，引腳從封裝兩側引出呈海鷗翼狀（L字形）。封裝材料分塑料和陶瓷兩種。始于70年代末期。

SOP封裝的應用范圍很廣，除了用于存儲器LSI外，還輸入輸出端子不超過10-40的領域里，SOP都是普及最廣泛的表面貼裝封裝。后來，為了適應生產的需要，也逐漸派生出SOJ、SSOP、TSSOP、SOIC等一些小外形封裝。

二、PGA插針網格陣列封裝

PGA芯片封裝形式常見于微處理器的封裝，一般是將集成電路（IC）包裝在瓷片內，瓷片的底部是排列成方形的插針，這些插針就可以插入獲焊接到電路板上對應的插座中，非常適合于需要頻繁插波的應用場合。對于同樣管腳的芯片，PGA封裝通常要比過去常見的雙列直插封裝需用面積更小。

PGA封裝具有插撥操作更方便，可靠性高及可適應更高的頻率的特點，早期的奔騰芯片、InTel系列CPU中的80486和Pentium、Pentium Pro均采用這種封裝形式。

三、BGA球柵陣列封裝

BGA封裝是從插PGA插針網格陣列改良而來，是一種將某個表面以格狀排列的方式覆滿引腳的封裝法，在運作時即可將電子訊號從集成電路上傳導至其所在的印刷電路板。在BGA封裝下，在封裝底部處引腳是由錫球所取代，這些錫球可以手動或透過自動化機器配置，并透過助焊劑將它們定位。

BGA封裝能提供比其他如雙列直插封裝或四側引腳扁平封裝所容納更多的接腳，整個裝置的地步表面可作為接腳使用，比起周圍限定的封裝類型還能具有更短的平均導線長度，以具備更加的高速效能。

四、DIP雙列直插式封裝

所謂DIP雙列直插式封裝，是指采用雙列直插形式封裝的集成電路芯片，絕大多數中小規模集成電路IC均采用這種封裝形式，其引腳數一般不超過100個。采用DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳，需要插入到具有DIP結構的芯片插座上。DIP封裝的芯片在從芯片插座上插拔時應特別小心，以免損壞引腳。

DIP封裝具有以下特點：

1、 適合在PCB（印刷電路板）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。Intel系列CPU中的8088就采用這種封裝形式，緩存（Cache）和早期的內存芯片業是這種封裝形式。