视频卡芯片封装技术的发展

作为PC机的重要组成部分，显卡已经超过了CPU，成为PC部件中最复杂的部分，随着晶体管数量最高，集成度最高的、最复杂的结构，因此显卡技术也成为众多玩家关注的焦点。本文将介绍的视频卡的封装技术的入门级玩家，这样你就可以得到一个更深入的了解芯片卡。

什么是芯片封装技术

当涉及到包装，从芯片的生产过程开始，当技术人员成功地设计了一个芯片，电路设计也会在图纸的描述，然后通过在单晶硅片的光蚀刻工艺根据正方形硅片刻蚀的硅芯片面积的设计，但既没有保护壳没有连接电路，显然无法直接安装在显卡，这需要的关键技术包。

封装是指用于安装半导体集成电路芯片的外壳，通过芯片上的导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚通过印刷线路板与其它设备连接。





历史上出现的三种图形核心包

封装的主要功能如下：

首先，封装有效保护硅芯片。一般来说，当封装，我们需要包装一个致密的保护膜，在硅芯片分离腐蚀性物质如水、氧气、灰尘和空气中的二氧化碳，大大提高了芯片的生活。通过封装，一层盔甲也可以放在硅芯片上，从而防止微小的电路被破碎的芯片。

其次，封装可以起到固定芯片和连接引线的作用，因为硅片表面面积很小，很难通过传统的焊接方式将大量引线连接起来，但封装后，芯片和引线固定在一起非常方便。

此外，封装还可以提高芯片的热导率，因为硅片面积很小，而且加热量很大，这是冷却装置的一大考验。通过封装，可以使芯片的表面积得到一定程度的提高，有利于芯片的散热。

图形芯片封装技术不断发展。由于图形加速芯片焊接在显卡的PCB封装，其特点是同一时代的主板芯片组非常相似，包装图形加速芯片大致可以分为三个时期：PQFP倍，BGA，FC-BGA时代，随着包装技术的不断发展，图形操作频率，内存带宽，集成、功耗逐渐增加，让我们知道该卡芯片格式的演变。






















































PQFP（塑料四方扁平封装）塑料方形扁平封装

作为计算机的高度集成的芯片，显卡芯片已经进入了电子时代很早，和包装形式很成熟。它一直使用到1998，它持续了近10年。








S3 375图形芯片封装PQFP






NVIDIA第一代3D芯片NV1，采用204引脚PQFP封装




















ATI的RAGE PRO芯片也采用204引脚PQFP封装

PQFP芯片有四个引脚四周，引脚数一般在100，和引脚之间的距离很小，而引脚也很薄。一般来说，大规模或超大规模集成电路采用这种封装的芯片封装在本表格必须用SMD（表面安装技术）焊接引脚在芯片的边缘与主板的芯片安装SMD没有穿孔的主板，并有一个设计良好的焊料接在主板的表面。主板的焊接可使芯片的各脚在相应的焊joint.pqfp封装实现适用于SMD表面贴装技术。它安装在PCB上，适合高频使用。它具有操作方便、可靠性高、技术成熟、价格低廉等优点。




















最后一代采用SIS 6326图形芯片封装PQFP


然而，PQFP封装的缺点也很明显。由于芯片的长度，在PQFP封装的引脚数量不能增加，这限制了图形加速芯片的发展。平行引脚也阻碍绊脚石继续PQFP封装的发展，并行销在高频信号传输产生一个电容器，信号噪声和高频耦合用长针容易吸收噪音，就像收音机的天线，在数百个天线相互干扰，使得PQFP封装芯片很难在更高的频率上工作。此外，芯片面积与封装PQFP封装的面积比太小，和PQFP封装的发展也是有限的。在90年代后期，随着BGA技术的不断成熟Y，PQFP最终被市场所淘汰。























































BGA（球栅阵列）球栅阵列封装


当看到PQFP封装的缺点，工程师们开始对PQFP封装进行了改进，长针针接触，和接触放在球的底部芯片通过与PCB的焊料连接，这是我们共同的基质球形阵列封装BGA。





















Riva 128图形芯片封装BGA




















早期的英特尔i740图形芯片封装BGA

BGA封装具有以下特性：1。输入输出引脚数目大大增加，而且比QFP引脚间距大得多，它具有自动校准功能和电路图，从而提高总产量；2。虽然其功率增大，但能焊接可控的崩片方法，其电热性能改善为高度集成的芯片，且耗电量大，陶瓷基板安装在风扇和微型风扇冷却中，从而达到稳定可靠的电路；3。包体的厚度减少超过1 / 2比普通QFP，重量超过3／4；4。减少寄生参数、信号延时、频率的使用，大大提高了装配效率；5。共面焊接，可靠性高。




















这一年的经典产品，GeForce 2 GTS，也被封装在BGA

但BGA封装是不完美的，这是由于BGA封装，QFP，PGA相同，基体的占地面积过大；塑料BGA封装的翘曲问题是其主要缺陷，即焊料球的共面性问题。共面的标准是减少翘曲和提高BGA封装的特点。我们应该研究塑料、粘合剂和基质材料，使这些材料成为最好的材料，同时，由于基板成本高，基板的价格也很高。




















BGA封装芯片后的PCB




















BGA封装后的芯片背面

在图形加速卡芯片行业，从1998经典的NVIDIA Riva 128和ATI Rage Pro，采用BGA封装。在那之后，BGA是图形加速卡芯片的唯一选择，直到GeForce FX系列产品开始改用FC-BGA封装方式。




















GeForce 5200u芯片封装的引线键合







这里值得一提的是，随着三维图形加速芯片的发热量的逐渐增加，BGA的散热问题越来越严重，许多厂商为BGA封装进行改进，一个安装在BGA封装的顶部一块辅助加热的金属屋顶，从而延长BGA包装的生命周期。这是引线键合封装。






















































FC-BGA（倒装芯片球栅阵列）倒装芯片球栅阵列封装模式

FC-BGA（倒装芯片球栅阵列），这就是所谓的倒装芯片球栅阵列封装格式，也是图形加速芯片的最重要的形式。这种包装技术始于20世纪60年代，当IBM大型计算机组件，开发了所谓的C4（可控塌陷芯片连接）技术，然后进一步发展到重量可以用熔融凸块和凸块高度控制表面张力的支持芯片，并成为倒装芯片技术的发展方向。





















FC-BGA封装示意图


























GeForce图形芯片封装6800u FC-BGA







哪里是FC-BGA的优势首先，它解决了电磁兼容问题（EMC）和电磁干扰（EMI）。一般来说，BGA芯片封装技术，信号的传输是通过具有一定长度的线进行的，这种方法在高频情况下，会产生所谓的阻抗效应，形成一个障碍信号路径；但FC-BGA的而不是通过引脚连接到处理器的原始球。共使用了479个球包，但直径为0.78毫米，可以提供从外部连接的最短距离。包不仅能提供优良的电效率，而且降低了组件之间的损耗和电感，降低电磁干扰，并能承受更高的频率，突破超频极限。




















的GeForce 7900 GTX的，具有复杂的设计和快速的运行速度，同时采用FC-BGA封装

其次，当芯片设计师嵌入越来越密集的电路在同一硅晶区，输入端和引脚数量将迅速增加，而FC-BGA的另一个优势是增加密度的我/组织一般，我 / O引线的引线键合技术都装在芯片中，但在使用FC-BGA封装，我 / O线可以设置在芯片表面，高密度的我/ O布局、使用效率，但也因为倒装芯片技术与传统封装面积减少30%至60%相比的优点。

最后，在高速度的新一代显示芯片，集成度高，散热将是一个重大的挑战。基于FC-BGA独特的倒装焊封装形式，芯片的背面可以接触空气，它可以直接换热。同时，衬底也可以通过金属层提高散热效率，或增加在芯片背面金属散热器，进一步提高了芯片的散热能力，大大提高了芯片的稳定性，在高速行驶时。

由于FC-BGA封装的优点，几乎所有的图形加速卡芯片用于FC-BGA封装。