什么是CSP封装?

2022-11-07 15:11:01 百度百科 1533

CSP(Chip Scale Package)封装,是芯片级封装的意思。

CSP封装是最新一代的内存芯片封装技术,其技术性能又有了新的提升。

CSP封装可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14,已经相当接近1:1的理想情况,绝对尺寸也仅有32平方毫米,约为普通的BGA的1/3,仅仅相当于TSOP内存芯片面积的1/6。

与BGA封装相比,同等空间下CSP封装可以将存储容量提高三倍。

CSP封装,即Chip Scale Package封装,是一种小型化、高密度的芯片封装技术。CSP封装最早由TI公司提出,旨在将晶圆尺寸缩小到芯片尺寸,从而实现更小、更轻、更省空间的封装效果。

CSP封装与传统的BGA(Ball Grid Array)封装和QFN(Quad Flat No Leads)封装相比,具有更小的体积、更高的集成度、更少的引脚数量、更低的能耗、更好的热管理效果等优点。CSP封装的芯片尺寸通常在1mm x 1mm到10mm x 10mm之间,引脚数量通常在数个到几十个之间,适用于微型化和轻量化的电子产品,如智能手机、平板电脑、智能手表、无人机等。

CSP封装技术主要有四种类型,分别为:FC(Flip Chip)、FO(Face-up)、FOWLP(Fan-out Wafer Level Package)和SIP(System in Package)。其中,FC封装和FO封装属于芯片级封装技术,主要适用于芯片级封装;FOWLP封装和SIP封装属于晶圆级封装技术,主要适用于集成度较高的系统级封装。

封装形式

这种封装形式是由日本三菱公司在1994年提出来的。对于CSP,有
多种定义:日本电子工业协会把CSP定义为芯片面积与封装体面积之比大于80%的封装;美国国防部元器件供应中心的J-STK-012标准把CSP定义为LSI封装产品的面积小于或等于LSI芯片面积的120%的封装;松下电子工业公司将之定义为LSI封装产品的边长与封装芯片的边长的差小于Imm的产品等。这些定义虽然有些差别,但都指出了CSP产品的主要特点:封装体尺寸小。
CSP封装内存不但体积小,同时也更薄,其金属基板到散热体的最有效散热路径仅有0.2毫米,大大提高了内存芯片在长时间运行后的可靠性,线路阻抗显著减小,芯片速度也随之得到大幅度提高。
CSP封装内存芯片的中心引脚形式有效地缩短了信号的传导距离,其衰减随之减少,芯片的抗干扰、抗噪性能也能得到大幅提升,这也使得CSP的存取时间比BGA改善15%-20%。在CSP的封装方式中,内存颗粒是通过一个个锡球焊接在PCB板上,由于焊点和PCB板的接触面积较大,所以内存芯片在运行中所产生的热量可以很容易地传导到PCB板上并散发出去。CSP封装可以从背面散热,且热效率良好,CSP的热阻为35℃/W,而TSOP热阻40℃/W。
CSP技术是在电子产品的更新换代时提出来的,它的目的是在使用大芯片(芯片功能更多,性能更好,芯片更复杂)替代以前的小芯片时,其封装体占用印刷板的面积保持不变或更小。正是由于CSP产品的封装体小、薄,因此它的手持式移动电子设备中迅速获得了应用。在1996年8月,日本Sharp公司就开始了批量生产CSP产品;在1996年9月,日本索尼公司开始用日本TI和NEC公司提供的CSP产品组装摄像机;在1997年,美国也开始生产CSP产品。世界上有几十家公司可以提供CSP产品,各类CSP产品品种多达一百种以上。


产品特点


CSP是最先进的集成电路封装形式,它具有如下一些特点:
①体积小
在各种封装中,CSP是面积最小,厚度最小,因而是体积最小的封装。在输入/输出端数相同的情况下,它的面积不到0.5mm间距QFP的十分之一,是BGA(或PGA)的三分之一到十分之一。因此,在组装时它占用印制板的面积小,从而可提高印制板的组装密度,厚度薄,可用于薄形电子产品的组装;
②输入/输出端数可以很多
在相同尺寸的各类封装中,CSP的输入/输出端数可以做得更多。例如,对于40mm×40mm的封装,QFP的输入/输出端数最多为304个,BGA的可以做到600-700个,而CSP的很容易达到1000个。虽然CSP还主要用于少输入/输出端数电路的封装。
③电性能好
CSP内部的芯片与封装外壳布线间的互连线的长度比QFP或BGA短得多,因而寄生参数小,信号传输延迟时间短,有利于改善电路的高频性能。
④热性能好
CSP很薄,芯片产生的热可以很短的通道传到外界。通过空气对流或安装散热器的办法可以对芯片进行有效的散热。
⑤CSP不仅体积小,而且重量轻
它的重量是相同引线数的QFP的五分之一以下,比BGA的少得更多。这对于航空、航天,以及对重量有严格要求的产品应是极为有利的
⑥CSP电路
跟其它封装的电路一样,是可以进行测试、老化筛选的,因而可以淘汰掉早期失效的电路,提高了电路的可靠性;另外,CSP也可以是气密封装的,因而可保持气密封装电路的优点。
⑦CSP产品
它的封装体输入/输出端(焊球、凸点或金属条)是在封装体的底部或表面,适用于表面安装。


封装分类

CSP产品已有100多种,封装类型也多,主要有如下五种:
柔性基片CSP
柔性基片CSP的IC载体基片是用柔性材料制成的,主要是塑料薄膜。在薄膜上制作有多层金属布线。采用TAB键合的CSP,使用周边焊盘芯片。
硬质基片CSP
硬质基片CSP的IC载体基片是用多层布线陶瓷或多层布线层压树脂板制成的。
引线框架CSP
引线框架CSP,使用类似常规塑封电路的引线框架,只是它的尺寸要小些,厚度也薄,并且它的指状焊盘深入到了芯片内部区域。引线框架CSP多采用引线键合(金丝球焊)来实现芯片焊盘与引线框架CSP焊盘的连接。它的加工过程与常规塑封电路加工过程完全一样,它是最容易形成规模生产的。
圆片级CSP
圆片级CSP,是先在圆片上进行封装,并以圆片的形式进行测试,老化筛选,其后再将圆片分割成单一的CSP电路。
叠层CSP
把两个或两个以上芯片重叠粘附在一个基片上,再封装起来而构成的CSP称为叠层CSP。在叠层CSP中,如果芯片焊盘和CSP焊盘的连接是用键合引线来实现的,下层的芯片就要比上层芯片大一些,在装片时,就可以使下层芯片的焊盘露出来,以便于进行引线键合。在叠层CSP中,也可以将引线键合技术和倒装片键合技术组合起来使用。如上层采用倒装片芯片,下层采用引线键合芯片。


工艺流程


CSP产品的品种很多,封装类型也很多,因而具体的封装工艺也很多。不同类型的CSP产品有不同的封装工艺,一些典型的CSP产品的封装工艺流程如下:
柔性基片CSP产品的封装工艺流程
柔性基片CSP产品,它的芯片焊盘与基片焊盘问的连接方式可以是倒装片键合、TAB键合、引线键合。采用的连接方式不同,封装工艺也不同。
(1)采用倒装片键合的柔性基片CSP的封装工艺流程
圆片→二次布线(焊盘再分布) →(减薄)形成凸点→划片→倒装片键合→模塑包封→(在基片上安装焊球) →测试、筛选→激光打标
(2)采用TAB键合的柔性基片CSP产品的封装工艺流程
圆片→(在圆片上制作凸点)减薄、划片→TAB内焊点键合(把引线键合在柔性基片上) →TAB键合线切割成型→TAB外焊点键合→模塑包封→(在基片上安装焊球)
→测试→筛选→激光打标
(3)采用引线键合的柔性基片CSP产品的封装工艺流程
圆片→减薄、划片→芯片键合→引线键合→模塑包封→(在基片上安装焊球) →测试、筛选→激光打标
硬质基片CSP产品的封装工艺流程
硬质基片CSP产品封装工艺与柔性基片的封装工艺一样,芯片焊盘与基片焊盘之间的连接也可以是倒装片键合、TAB键合、引线键合。它的工艺流程与柔性基片CSP的完全相同,只是由于采用的基片材料不同,因此,在具体操作时会有较大的差别。
引线框架CSP产品的封装工艺流程
引线框架CSP产品的封装工艺与传统的塑封工艺完全相同,只是使用的引线框架要小一些,也要薄一些。因此,对操作就有一些特别的要求,以免造成框架变形。引线框架CSP产品的封装工艺流程如下:
圆片→减薄、划片→芯片键合→引线键合→模塑包封→电镀→切筛、引线成型→测试→筛选→激光打标
圆片级CSP产品的封装工艺流程
(1)在圆片上制作接触器的圆片级CSP的封装工艺流程;
圆片→二次布线→减薄→在圆片上制作接触器→接触器电镀→测试、筛选→划片→激光打标
(2)在圆片上制作焊球的圆片级CSP的封装工艺流程
圆片→二次布线→减薄→在圆片上制作焊球→模塑包封或表面涂敷→测试、筛选→划片→激光打标
叠层CSP产品的封装工艺流程
叠层CSP产品使用的基片一般是硬质基片。
(1)采用引线键合的叠层CSP的封装工艺流程;
圆片→减薄、划片→芯片键合→引线键合→包封→在基片上安装焊球→测试→筛选→激光打标
采用引线键合的CSP产品,下面一层的芯片尺寸最大,上面一层的最小。芯片键合时,多层芯片可以同时固化(导电胶装片),也可以分步固化;引线键合时,先键合下面一层的引线,后键合上面一层的引线。
(2)采用倒装片的叠层CSP产品的封装工艺流程
圆片→二次布线→减薄、制作凸点→划片→倒装键合→(下填充)包封→在基片上安装焊球→测试→筛选→激光打标
在叠层CSP中,如果是把倒装片键合和引线键合组合起来使用。在封装时,先要进行芯片键合和倒装片键合,再进行引线键合。



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