Chất nền IC - Các loại gói chip phổ biến

Đóng gói chip đề cập đến vật liệu chứa các thiết bị bán dẫn. Đóng gói là một vỏ bọc bao bọc vật liệu mạch để bảo vệ chúng khỏi bị ăn mòn hoặc hư hỏng vật lý và cho phép lắp đặt các tiếp xúc điện được kết nối với bảng mạch in.

Vỏ được sử dụng để lắp chip mạch tích hợp bán dẫn đóng vai trò đặt, sửa chữa, niêm phong, bảo vệ chip và tăng cường hiệu suất nhiệt của chúng. Nó cũng hoạt động như một cầu nối giữa thế giới bên trong của chip và các mạch bên ngoài - các tiếp xúc trên chip được kết nối với các chân của vỏ bọc thông qua dây dẫn, lần lượt thiết lập kết nối với các thiết bị khác thông qua dây dẫn trên bảng mạch in. Do đó, đóng gói đóng một vai trò quan trọng trong cả CPU và các mạch tích hợp LSI khác.

Các loại gói chip phổ biến

1. Hai cột thẳng

DIP (Double Column Direct Packing) đề cập đến các chip mạch tích hợp được đóng gói ở định dạng Double Column Direct Packing. Phần lớn các mạch tích hợp vừa và nhỏ (IC) sử dụng dạng đóng gói này, với số lượng chung không quá 100 chân. Chip CPU được đóng gói với DIP có hai hàng chân cần được cắm vào ổ cắm chip có cấu trúc DIP. Tất nhiên, nó cũng có thể được chèn trực tiếp vào bảng mạch có cùng số lượng lỗ hàn và sắp xếp hình học để hàn. Cần đặc biệt cẩn thận khi cắm và rút chip đóng gói DIP từ ổ cắm chip để tránh làm hỏng chân.

Tính năng:

1) Thích hợp cho đục lỗ và hàn trên PCB (bảng mạch in), hoạt động dễ dàng.

2) diện tích gói và diện tích chip là tương đối lớn, do đó khối lượng cũng lớn.

8088 trong dòng CPU Intel có dạng đóng gói này, cũng như bộ nhớ đệm và chip nhớ trước đó.

2. Gói thành phần

Khoảng cách giữa các chân chip trong gói PQFP (Plastic Quad Flat Package) là rất nhỏ và các chân rất mỏng. Thông thường, các mạch tích hợp lớn hoặc siêu lớn sử dụng dạng đóng gói này, một số trong đó thường có hơn 100 chân. Chip được đóng gói ở dạng này phải được hàn với bo mạch chủ bằng SMD (Surface Mount Equipment Technology). Các chip được gắn bằng SMD không cần phải đục lỗ trên bo mạch chủ vì bề mặt bo mạch chủ thường sẽ thiết kế các mối hàn cho các chân tương ứng. Căn chỉnh mỗi chân của chip với các mối hàn tương ứng để đạt được hàn với bo mạch chủ. Các chip được hàn bằng phương pháp này rất khó tháo rời mà không có công cụ đặc biệt.

Các chip được đóng gói ở chế độ PFP (Plastic Flat Pack) giống như các chip được đóng gói ở chế độ PQFP. Sự khác biệt duy nhất là PQFP thường là hình vuông, trong khi PFP có thể là hình vuông hoặc hình chữ nhật.

Tính năng:

1) Thích hợp cho việc lắp đặt và định tuyến công nghệ gắn trên bề mặt SMD trên bảng mạch PCB.

2) Thích hợp cho việc sử dụng tần số cao.

3) Hoạt động dễ dàng và độ tin cậy cao.

4) Tỷ lệ giữa khu vực chip và khu vực đóng gói là tương đối nhỏ.

Dạng đóng gói này được sử dụng bởi 80286, 80386 và một số bo mạch chủ 486 trong dòng CPU Intel.

3. Định dạng lưới pin PGA

Chip PGA (Pin Grid Array Package) được đóng gói với nhiều chân mảng vuông bên trong và bên ngoài chip, mỗi chân mảng vuông được sắp xếp theo chu vi của chip ở một khoảng cách nhất định. Tùy thuộc vào số lượng pin, nó có thể được đóng trong 2-5 vòng tròn. Trong quá trình cài đặt, chip được cắm vào ổ cắm PGA chuyên dụng. Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp đặt và tháo gỡ CPU, một khe cắm CPU có tên ZIF đã xuất hiện từ chip 486, được thiết kế đặc biệt để đáp ứng các yêu cầu lắp đặt và tháo gỡ CPU đóng gói PGA.

Tính năng:

1) Hoạt động chèn và loại bỏ thuận tiện hơn và có độ tin cậy cao.

2) Có thể điều chỉnh tần số cao hơn.

Dòng CPU Intel, 80486 và Pentium, cũng như Pentium Pro, đều sử dụng dạng đóng gói này.

4. Loại mảng lưới bóng BGA

Công nghệ đóng gói BGA có thể được chia thành 5 loại

1) Chất nền PBGA (BGA nhựa): Thường là một tấm nhiều lớp bao gồm 2-4 lớp vật liệu hữu cơ. Trong dòng CPU Intel, các bộ vi xử lý Pentium II, III và IV đều có dạng đóng gói này.

2) Chất nền CBGA (Gốm BGA): đề cập đến chất nền gốm, kết nối điện giữa chip và chất nền thường được cài đặt bằng FlipChip (FC). Trong dòng CPU Intel, các bộ vi xử lý Pentium I, II và Pentium Pro đều có dạng đóng gói này.

3) Chất nền FCBGA (FilpChipBGA): Chất nền nhiều lớp cứng.

4) TBGA (TapeBGA) Substrate: Substrate là Ribbon mềm 1-2 lớp PCB Circuit Board.

5) Chất nền CDPBGA (Carity Down PBGA): đề cập đến khu vực chip (còn được gọi là khu vực khoang) có một lỗ vuông ở trung tâm gói.

Tính năng:

1) Mặc dù số lượng chân I/O đã tăng lên, khoảng cách giữa các chân lớn hơn nhiều so với gói QFP, giúp tăng sản lượng.

2) Mặc dù tiêu thụ điện năng của BGA tăng lên, việc sử dụng hàn chip sụp đổ có thể cải thiện hiệu suất sưởi ấm điện.

3) Độ trễ truyền tín hiệu nhỏ, tần số thích ứng được cải thiện đáng kể.

4) Các thành phần có thể được hàn đồng mặt, cải thiện đáng kể độ tin cậy.

Gói chip có thể bảo vệ chip khỏi môi trường bên ngoài. Chip rất mỏng manh và dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm, bụi và tĩnh điện. Nếu chip không được đóng gói, nó rất dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố này, khiến chip bị hỏng hoặc hỏng. Do đó, gói chip có thể cung cấp sự bảo vệ cần thiết để đảm bảo sự ổn định và độ tin cậy lâu dài của chip. Gói chip cũng có thể cung cấp các kết nối điện và cơ khí cần thiết. Chip cần được kết nối với các linh kiện điện tử khác để thực hiện chức năng của mạch.