ชิป Pakaging

เปลือกที่ใช้ในการติดตั้งชิปวงจรรวมของเซมิคอนดักเตอร์มีบทบาทในการวาง ยึด ปิดผนึก ปกป้องชิป และเพิ่มประสิทธิภาพของความร้อนด้วยไฟฟ้า และยังเป็นสะพานเชื่อมเพื่อสื่อสารโลกภายในของชิปกับวงจรภายนอก - หน้าสัมผัส บนชิปเชื่อมต่อกับเปลือกบรรจุภัณฑ์ด้วยสายไฟ บนพิน พินเหล่านี้เชื่อมต่อกับอุปกรณ์อื่นๆ ผ่านสายไฟบนกระดานพิมพ์ ดังนั้นบรรจุภัณฑ์จึงมีบทบาทสำคัญสำหรับ CPU และวงจรรวม LSI อื่นๆ

เนื่องจาก Intel Corporation ออกแบบและผลิต 4-ชิปไมโครโปรเซสเซอร์บิตในปี 1971 ในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา CPU ได้พัฒนาจาก Intel 4004, 80286, 80386, 80486 เป็น Pentium, PⅡ, PⅢ, P4 จาก 4- bit, 8-bit, 16-bit, 32-bit พัฒนาเป็น 64-bit; ความถี่หลักได้พัฒนาจาก MHz เป็น GHz ในปัจจุบัน จำนวนทรานซิสเตอร์ที่รวมอยู่ในชิป CPU เพิ่มขึ้นจากมากกว่า 2,000 เป็นมากกว่า 10 ล้าน ขนาดของเทคโนโลยีการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ได้เปลี่ยนจาก SSI, MSI, LSI, VLSI (IC ขนาดใหญ่มาก) เป็น ULSI พินอินพุต/เอาท์พุต (I/O) ของแพ็คเกจจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นจากหลายสิบเป็นร้อย และอาจถึง 2000 พิน ทั้งหมดนี้ค่อนข้างเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว

วงจรรวมที่ใช้กันทั่วไป

วงจรรวมที่ใช้กันทั่วไป

ทุกคนคุ้นเคยกับ CPU, 286, 386, 486, Pentium, PII, Celeron, K6, K6-2, Athlon... ฉันเชื่อว่าคุณสามารถเขียนรายการยาวๆ ได้เหมือนไม่กี่รายการ แต่เมื่อพูดถึงบรรจุภัณฑ์ของซีพียูและวงจรรวมขนาดใหญ่อื่นๆ มีคนไม่มากที่รู้เรื่องนี้ แพ็คเกจที่เรียกว่าหมายถึงเชลล์ที่ใช้ในการติดตั้งชิปวงจรรวมเซมิคอนดักเตอร์ ไม่เพียงแต่มีบทบาทในการวาง การยึด การซีล การปกป้องชิป และเพิ่มการนำความร้อนเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างโลกภายในของชิปกับวงจรภายนอกซึ่งเป็นหน้าสัมผัสบนชิป สายไฟเชื่อมต่อกับพินบนตัวเรือนบรรจุภัณฑ์ และพินเหล่านี้เชื่อมต่อกับอุปกรณ์อื่นๆ ผ่านสายไฟบนแผงวงจรพิมพ์ ดังนั้นบรรจุภัณฑ์จึงมีบทบาทสำคัญสำหรับ CPU และวงจรรวม LSI (Large Scalc Integrat~on) อื่นๆ และการเกิดขึ้นของ CPU รุ่นใหม่มักจะมาพร้อมกับการใช้รูปแบบบรรจุภัณฑ์ใหม่ เทคโนโลยีการบรรจุชิปได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงมาหลายยุคหลายสมัย ตั้งแต่ DIP, QFP, PGA, BGA จนถึง CSP และ MCM ตัวบ่งชี้ทางเทคนิคมีความก้าวหน้ามากขึ้นจากรุ่นสู่รุ่น รวมถึงอัตราส่วนของพื้นที่ชิปต่อพื้นที่บรรจุภัณฑ์คือ เข้าใกล้ 1 มากขึ้น ใช้ได้ ความถี่จะสูงขึ้นเรื่อย ๆ และความต้านทานต่ออุณหภูมิก็ดีขึ้นเรื่อย ๆ จำนวนพินที่เพิ่มขึ้น ระยะห่างพินที่ลดลง น้ำหนักที่ลดลง ความน่าเชื่อถือที่ดีขึ้น

การห่อหุ้มส่วนประกอบ

แพ็คเกจ PQFP (Plastic Quad Flat Package) มีระยะห่างระหว่างพินชิปน้อยมาก และพินบางมาก โดยทั่วไป วงจรรวมขนาดใหญ่หรือขนาดใหญ่พิเศษจะใช้รูปแบบแพ็คเกจนี้ และโดยทั่วไปแล้วจำนวนพินจะมากกว่า 100 ชิปที่บรรจุในรูปแบบนี้ต้องใช้ SMD (Surface Mount Device Technology) เพื่อประสานชิปเข้ากับเมนบอร์ด ชิปที่ติดตั้งโดย SMD ไม่จำเป็นต้องเจาะรูบนเมนบอร์ด และโดยทั่วไปได้ออกแบบข้อต่อประสานสำหรับพินที่สอดคล้องกันบนพื้นผิวของเมนบอร์ด จัดตำแหน่งพินของชิปให้ตรงกับข้อต่อประสานที่สอดคล้องกัน จากนั้นจึงทำการบัดกรีกับเมนบอร์ดได้ ชิปที่บัดกรีด้วยวิธีนี้ยากต่อการถอดแยกชิ้นส่วนโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือพิเศษ

ชิปที่บรรจุในวิธี PFP (Plastic Flat Package) นั้นโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกับวิธี PQFP ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือโดยทั่วไปแล้ว PQFP จะเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส ในขณะที่ PFP สามารถเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสหรือสี่เหลี่ยมผืนผ้าก็ได้

คุณสมบัติ:

1. เหมาะสำหรับเทคโนโลยีการติดตั้งพื้นผิว SMD เพื่อติดตั้งและต่อสายบนแผงวงจร PCB

2. เหมาะสำหรับการใช้งานความถี่สูง ⒊ใช้งานง่ายและมีความน่าเชื่อถือสูง

4. อัตราส่วนระหว่างพื้นที่ชิปและพื้นที่บรรจุภัณฑ์มีขนาดเล็ก

80286, 80386 และมาเธอร์บอร์ด 486 บางรุ่นในซีพียู Intel series ใช้แพ็คเกจนี้

สำหรับ SMD, PQFP และ PFP เป็นต้น การบัดกรีหรือการแยกบัดกรี:

อาร์เรย์ BGA Ball Grid

ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีวงจรรวม ข้อกำหนดด้านบรรจุภัณฑ์สำหรับวงจรรวมจึงมีความเข้มงวดมากขึ้น ทั้งนี้เนื่องจากเทคโนโลยีการบรรจุเกี่ยวข้องกับการทำงานของผลิตภัณฑ์ เมื่อความถี่ของ IC เกิน 100MHz วิธีการบรรจุภัณฑ์แบบดั้งเดิมอาจสร้างปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "CrossTalk (ครอสทอล์ค)" และเมื่อจำนวนพินของ IC มากกว่า 208 พิน การห่อหุ้มแบบเดิมจะมีปัญหา ดังนั้น นอกเหนือจากการใช้บรรจุภัณฑ์ PQFP แล้ว ชิปที่มีจำนวนพินสูงส่วนใหญ่ในปัจจุบัน (เช่น ชิปกราฟิกและชิปเซ็ต เป็นต้น) ได้หันไปใช้เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ BGA (Ball Grid Array Package) ทันทีที่ BGA ปรากฏตัว มันกลายเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับแพ็คเกจหลายพินที่มีความหนาแน่นสูง ประสิทธิภาพสูง เช่น CPU และชิปบริดจ์ใต้/เหนือบนเมนบอร์ด

เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ของ BGA สามารถแบ่งออกได้เป็นห้าประเภท

1. พื้นผิว PBGA (พลาสติก BGA): โดยทั่วไปเป็นกระดานหลายชั้นที่ประกอบด้วยวัสดุอินทรีย์ 2-4 ชั้น ในบรรดาซีพียูซีรีส์ Intel โปรเซสเซอร์ Pentium Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ ล้วนใช้แพ็คเกจนี้

2. พื้นผิว CBGA (CeramicBGA): นั่นคือพื้นผิวเซรามิก การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างชิปและวัสดุพิมพ์มักจะติดตั้งโดยฟลิปชิป (เรียกสั้นๆ ว่า FlipChip หรือ FC) ในบรรดาซีพียูซีรีส์ Intel โปรเซสเซอร์ Pentium I, II และ Pentium Pro ล้วนใช้แพ็คเกจนี้

⒊FCBGA (FilpChipBGA) วัสดุพิมพ์: วัสดุพิมพ์หลายชั้นแบบแข็ง

⒋TBGA (TapeBGA) วัสดุพิมพ์เป็นแผงวงจร PCB แบบอ่อน 1-2 ชั้นรูปแถบ

5. วัสดุพิมพ์ CDPBGA (Carity Down PBGA): หมายถึงพื้นที่ชิป (หรือที่เรียกว่าพื้นที่โพรง) ที่มีร่องสี่เหลี่ยมตรงกลางบรรจุภัณฑ์

คุณสมบัติ:

1. แม้ว่าจำนวนพิน I/O จะเพิ่มขึ้น แต่ระยะห่างระหว่างพินก็มากกว่าวิธีการบรรจุภัณฑ์ของ QFP มาก ซึ่งช่วยเพิ่มผลผลิต

2. แม้ว่าการใช้พลังงานของ BGA จะเพิ่มขึ้น แต่ประสิทธิภาพความร้อนด้วยไฟฟ้าสามารถปรับปรุงได้เนื่องจากการใช้การเชื่อมชิปยุบแบบควบคุม

⒊ความล่าช้าในการส่งสัญญาณมีขนาดเล็กและความถี่ในการปรับตัวดีขึ้นอย่างมาก

4. การเชื่อม Coplanar สามารถใช้สำหรับการประกอบและความน่าเชื่อถือจะดีขึ้นอย่างมาก

หลังจากพัฒนามากว่าสิบปี วิธีการบรรจุภัณฑ์ BGA ได้เข้าสู่ขั้นตอนปฏิบัติแล้ว ในปี 1987 บริษัท Citizen ที่มีชื่อเสียงได้เริ่มพัฒนาชิป (เช่น BGA) ที่บรรจุในอาร์เรย์กริดพลาสติก จากนั้น บริษัทต่างๆ เช่น Motorola และ Compaq ก็เข้าร่วมการพัฒนา BGA ด้วยเช่นกัน ในปี 1993 Motorola เป็นผู้นำในการใช้ BGA กับโทรศัพท์มือถือ ในปีเดียวกัน Compaq ยังได้นำไปใช้กับเวิร์กสเตชันและพีซี จนกระทั่งเมื่อห้าหรือหกปีที่แล้ว บริษัทอินเทลเริ่มใช้ BGA ใน CPU ของคอมพิวเตอร์ (เช่น Pentium II, Pentium III, Pentium IV เป็นต้น) และชิปเซ็ต (เช่น i850) ซึ่งมีบทบาทในการเติมพลังให้กับการขยายขอบเขตของแอปพลิเคชัน BGA . BGA ได้กลายเป็นเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ IC ที่ได้รับความนิยมอย่างมาก ขนาดตลาดทั่วโลกอยู่ที่ 1.2 พันล้านชิ้นในปี 2543 คาดว่าความต้องการของตลาดในปี 2548 จะเพิ่มขึ้นมากกว่า 70 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับปี 2543

ขนาดชิป CSP

ด้วยความต้องการทั่วโลกสำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนบุคคลและน้ำหนักเบา เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ได้ก้าวไปสู่ ​​CSP (Chip Size Package) มันลดขนาดของโครงร่างแพ็คเกจชิปเพื่อให้ขนาดของแพ็คเกจใหญ่เท่ากับขนาดของชิปเปล่า นั่นคือ ความยาวด้านของ IC ที่บรรจุไม่เกิน 1.2 เท่าของชิป และพื้นที่ IC นั้นใหญ่กว่าแม่พิมพ์เพียง 1.4 เท่า

บรรจุภัณฑ์ของ CSP สามารถแบ่งออกได้เป็นสี่ประเภท

⒈ประเภทลีดเฟรม (รูปแบบลีดเฟรมแบบดั้งเดิม) ตัวแทนผู้ผลิต ได้แก่ Fujitsu, Hitachi, Rohm, Goldstar เป็นต้น

2. Rigid Interposer Type (ฮาร์ด อินเตอร์โพสเซอร์) ตัวแทนผู้ผลิต ได้แก่ Motorola, Sony, Toshiba, Panasonic และอื่นๆ

⒊Flexible Interposer Type (soft interposer type) ที่มีชื่อเสียงที่สุดคือ microBGA ของ Tessera และ sim-BGA ของ CTS ก็ใช้หลักการเดียวกัน ผู้ผลิตรายอื่นที่เป็นตัวแทน ได้แก่ General Electric (GE) และ NEC

⒋แพ็คเกจระดับเวเฟอร์ (แพ็คเกจขนาดเวเฟอร์): แตกต่างจากวิธีการบรรจุภัณฑ์ชิปเดี่ยวแบบดั้งเดิม WLCSP คือการตัดเวเฟอร์ทั้งหมดออกเป็นชิปแต่ละชิ้น โดยอ้างว่าเป็นกระแสหลักในอนาคตของเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ และได้รับการลงทุนในการวิจัยและพัฒนา รวมถึง FCT, Aptos, Casio, EPIC, Fujitsu, Mitsubishi Electronics เป็นต้น

คุณสมบัติ:

1. ตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นของพิน I/O ของชิป

2. อัตราส่วนระหว่างพื้นที่ชิปและพื้นที่บรรจุภัณฑ์มีขนาดเล็กมาก

⒊ ลดระยะเวลาหน่วงให้สั้นลงอย่างมาก

บรรจุภัณฑ์ CSP เหมาะสำหรับไอซีที่มีจำนวนพินน้อย เช่น เมมโมรีสติ๊กและผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา ในอนาคตจะใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ข้อมูล (IA), ทีวีดิจิทัล (DTV), อีบุ๊ก (E-Book), เครือข่ายไร้สาย WLAN/GigabitEthemet, ADSL/ชิปโทรศัพท์มือถือ, บลูทูธ (Bluetooth) และอื่นๆ ที่กำลังเกิดขึ้นใหม่ สินค้า.

และการบัดกรีและการแยกบัดกรี BGA,CSP,TBGA และ PBGA: