摄像头FC封装基板技术详解2014

1、IC封装技术的发展

随着IC芯片向高集成化、布线细微化、芯片大型化、薄型化方向的发展，IC电路的封装技术已经由SMT(表面贴装技术)取代了双列直插技术，现行占主导潮流的封装技术主要是BGA（球栅阵列封装）和CSP（芯片尺寸大小封装）。

从封装技术发展的历程来看，按封装技术的发展顺序，先后出现了DIP、PGA、QFP、BGA、CSP等几大类。20世纪50～60年代是TO型封装的时代，70年代是DIP的时代，80年代是QFP的时代，而90年代后则是BGA 和CSP时代。

2、当前的主流技术

（1）SOP封装技术

SOP是一种很常见的封装形式，它被称作小外形塑料封装。SOP封装是目前产量最多的封装方式，由机器在PCB 板上焊接，技术要求比较高。高频率的IC控制芯片多数采用SOP封装技术。SOP封装的应用范围很广，像主板的频率发生器就是采用的SOP封装。SOP封装技术如下图4所示：

SOP封装产品

（2）QFP/ TQFP封装技术

QFP/ TQFP封装形式已经大规模使用，美国JEDEC制定了一系列1.4mm厚的薄形四边有引线扁平封装（TQFP）标准，尺寸从5mm-28mm见方，引线数32－256个。由于其小、薄、轻等特点，该封装形式在笔记本电脑、PDA、手提式消费产品、PCMCIA卡和磁盘驱动器等中的应用日渐普遍。这些领域的应用，要求芯片尺寸大、功率耗散大、

电性能参数高。目前发展趋势是较JEDEC中1.4mm厚更大的薄形四边引线扁平封装，如32mm和40mm见方的封装，以适应更多的引脚数和更大芯片尺寸的封装要求。

（3）BGA封装产品与技术

BGA（球栅阵列封装）它最早由摩托罗拉公司开发，曾称为OMPAC（over model pad array carrier）或bump grid array。BGA是在PGA 和QFP的基础上发展而来：取前者端子平面阵列布置，将插入式针脚改换成键合用的微球；取后者可采用SMT等由一次回流焊完成实装等优点。

PBGA（塑料焊球阵列）封装是BGA中最重要的一种，如下图所示：

BGA基板依使用材料不同，可归纳出陶瓷（Ceramic）、塑料（Plastic）、金属（Metal）和卷带（Tape）等几类，相对应的简称分别是CBGA、PBGA、MBGA与TBGA。MBGA基板的封装相当少见。CBGA基板在CPU、芯片组等高附加价值商品的应用不少。TBGA则多用于各型驱动IC的封装上，最常见的便是TFT LCD的驱动IC。PBGA （塑料基板）的成本最低且销量最大，加上近年技术上突破，使得CPU、芯片组、绘图芯片等高阶IC多转用塑料基板，俨然成为主流产品。就狭义的BGA基板而言，又分为单层、双层、四层的PBGA，以及强调高散热的EBGA （Enhanced BGA）、Cavity等BGA封装基板品种。

P-BGA（plastic ball grid array ，塑料球栅阵列封装）封装是目前BGA封装形式中使用最多的一种形式。它是采用焊料球代替导线引脚，焊料球在封装外壳底面上采用矩阵方式排列。由于在BGA的焊料球在器件的底面上呈阵列排列，与PLCC等封装形式的周边引线方式相比，具有更高的输入和输出（I/O）密度。其突出的优点是互连间距大幅度缩短，基板与IC电路的连线距离小于焊球的直径（约20-60um）, 甚至更短；另外，由于焊料球与基板的接点面积大，因而引线间电容、电感特性良好，使器件的电气性能得到大幅度提高。

2002年起，FC—BGA（倒装芯片式塑料球栅阵列封装）封装开始在使用上增多。特别是美国Intel公司CPU产品开始大量的转向使用FC—BGA封装形式。

（4）CSP封装产品与技术

芯片尺寸封装(CSP, Chip Scale Package)发展也非常迅速。CSP要求封装后尺寸与芯片本身尺寸之比应小于1.2，是目前封装后尺寸最小的一种封装形式。CSP封装也可以采用芯片面朝下的倒装芯片技术。就封装形式而论，属于已有封装形式的派生品，因此可以按照现有封装形式来分类，如：BGA型、LGA型、SON型，下图所示为几种CSP的结构图6：

几种类型CSP结构组成图

（5）裸芯片封装产品与技术

裸芯片技术主要有两种主要形式：一种是COB（chip on board，芯片直接搭载在PCB上）技术，另一种是倒装芯片技术（Flip chip，FC）。裸芯片技术是当今最先进的微电子封装技术。它将电路组装密度提升到了一个新高度，随着21世纪电子产品体积的进一步缩小，裸芯片的应用将会越来越广泛。

A．COB技术：用COB技术封装的裸芯片是把芯片主体和I/O端子放在晶体上方，焊接时先将此裸芯片用导电/ 导热胶粘接在PCB上，凝固后再用Bonder机把金属丝（Al和Au）在超声或热压的作用下，分别联接在芯片的I/O 端子焊区和PCB相对应的焊盘上，经测试合格后，再封上树脂胶。与其它封装技术相比，COB技术价格低廉（仅为同芯片的1/3左右）、节约空间、工艺成熟。但任何新技术在刚出现时都不可能十全十美，COB技术也存在着需要另配焊接机及封装机、有时速度跟不上以及PCB贴片对环境要求更为严格和无法维修等缺点。

B．Flip chip技术：Flip chip又称倒装芯片，台湾称为“覆晶”。倒装芯片（FC）与COB相比，该封装形式的芯片结构和I/O端（锡球）方向朝下，由于I/O引出端分布于整个芯片表面，故在封装密度和处理速度上Flip chip 已达到顶峰，特别是它可以采用类似SMT技术的手段来加工，因此是芯片封装技术及高密度安装的最终方向。上述的封装技术都是从单芯片角度来阐述的，随着电子产品多功能话的需求，多芯片封装技术得到了前所未有的重视，下面介绍几种主要的多芯片封装技术。

（6）MCM产品与技术

MCM（multi chip module，多芯片组件）可以定义为：将多个半导体集成电路元件以裸芯片的状态搭载在不同类型的布线板上，经整体封装而构成的多芯片组件。与单芯片封装相比，MCM可保证IC元件间布线最短。（7）MCP产品与技术

由于MCP能将不同的芯片组装载同一封装体里，从而提供更加标准化的解决方案。由于移动无线应用需要在单个解决方案里集成更多的功能，因此，要在电话、PDA、照相机及未来的便携式设备里面集成因特网、视频、蓝牙、GPS等功能，MCP或许是一个最好的解决方案。MCP的技术结构图如下图所示：

封装了8个芯片的MCP技术结构图

（8）SIP封装技术

SiP（system in package，封装内系统，或称系统封装）是指将不同种类的元件，通过不同种技术，混载于同一封装之内，由此构成系统集成封装形式，该定义是经过不断演变，逐渐形成的。开始是在单芯片封装中加入无源元件，再到单个封装中加入多个芯片，叠层芯片以及无源器件，最后发展到一个封装构成一个体系，即：SiP。SiP是MCP进一步发展的产物。二者的区别在于，SiP中可搭载不同类型的芯片，芯片之间可以进行信号存取和交换，从而以一个系统的规模而具备某种功能；MCP中叠层的多个芯片一般为同一种类型，以芯片之间不能进行信号存取和交换的存储器为主，从整体来讲为一多芯片存储器。

提到SiP技术，就不能不谈SOC（system on a chip）技术，SOC技术并不是一种封装技术，而是一种芯片上系统集成，但由于SOC和SIP都是为了实现系统集成功能的技术，所以很多时候都把两种技术进行比较。

SiP和SOC各有所长，SiP的优点是可是小型化、开发供货期短、设计资产可再利用性强；SOC具有高速化、低功耗等优点，在价格水平上，超过一定数量（如：100万或其他），SOC有利，否则SIP有利。随着芯片特征尺寸逐

渐减小到0.13μm，单芯片路线遇到了下述壁垒：

（1）制作芯片的掩模价格越发昂贵；

（2）漏电问题不好解决；

（3）不同元件的工作电压出现剪刀差；

（4）模拟电路的缩小也有极限。

SIP同SOC相比，虽然也存在一定问题，但并没有SOC那么明显和难以克服，所以，被认为是未来系统LSI的发展方向。