CPU芯片封装技术的发展演变

摘 要： 本文主要介绍了CPU芯片封装技术的发展演变，以及未来的芯片封装技术。同时，中可以看出芯片技术与封装技术相互促进，协调发展密不可分的关系。
关键词： CPU；封装；BGA

摩尔定律预测：每平方英寸芯片的晶体管数目每过18个月就将增加一倍，成本则下降一半。世界半导体产业的发展一直遵循着这条定律，以美国Intel公司为例，自1971年设计制造出4位微处理器芯片以来，在30多年时间内，CPU从Intel4004、80286、80386、80486发展到目前的PentiumⅣ，数位从4位、8位、16位、32位发展到64位；主频从几兆到今天的3GHz以上；今天市场上正式发售的PentiumⅣ3．06GHz已经能够在1．46平方厘米的空间内集成5500万个晶体管，而该公司预言，2010年将推出集成度为10亿个晶体管的微处理器；封装的输入／输出(I／O)弓Id却从几十根，逐渐增加到几百根，本世纪初可能达2000根以上。技术的发展可谓一日千里(如表1所示)。

对于CPU，读者已经很熟悉了，Pentium、PentiumⅡ、PentiumⅢ、PentiumⅣ、Celeron、K6、K6-2、K7……相信您可以数家珍似地列出一长串。但谈到CPU和其他大规模集成电路的封装，知道的人未必很多。所谓封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保持芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁--芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装对CPU和其他LSI集成电路都起着重要的作用。新一代CPU的出现常常伴随着新的封装形式的使用。

芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，从DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于1，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便等等。

封装形式叙述如下：

(1)DIP封装

70年代流行的双列直插封装，简称DIP(Dualh-line Package)。DIP封装结构具有以下特点：

1)适合PCB的穿孑L安装；

2)比TO型封装易于对PCB布线；

3)操作方便。

DIP封装结构形式有多种，如多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP(含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装式)等。衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个值越接近1越好。以采用40根I／O引脚塑料包封双列直插式封装(PDIP)的CPU为例，其芯片面积／封装面积=3 × 3／15．24 × 50=1：86，离1相差很远。不难看出，这种封装尺寸远比芯片大，说明封装效率很低，占去了很多有效安装面积。

Intel公司这期间的CPU如8086、80286都采用PDIP封装。

(2)芯片载体封装

80年代出现了芯片载体封装，其中有陶瓷无引线芯片载体LCCC(Leadless Ceramic Chip Carrier)、塑料有引线芯片载体PLCC(Plastic Leaded Chip Carder)、小尺寸封装SOP(Small Outline Package)、塑料四边引出扁平封装PQFP(Plastic Quad FlatPackage)。

以0．5mm焊区中心距，208根I／O弓IA却的QFP封装的CPU为例，外形尺寸28 X 28mm，芯片尺寸10x 10mm，则芯片面积／封装面积=10× 10／28× 28=1：7．8，由此可-见QFP比DIP的封装尺寸大大减小。QFP的特点是：

1)适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线；

2)封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应用；

3)操作方便；

4)可靠性高；

5)在这期间，Intel公司的CPU，如Intel 080386就采用塑料四边引出扁平封装PQFP。