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一文詳解CSP先進封裝技術
發布時間:2021-07-21 點擊數:5701


CSP封裝定義

WLP(Wafer Level Package)晶圓級封裝技術出現之前,傳統封裝工藝步驟是先對晶圓(Wafer)進行切割分片(Dicing),然后再封裝(Packaging)成各種形式。


WLP晶圓級封裝技術于2000年左右問世,有Fan-in(扇入式)和Fan-Out(扇出式)兩種類型,在封裝過程中大部分工藝都是對晶圓進行操作,即直接在晶圓上進行整體封裝,封裝完成后再進行切割分片。


因為封裝完成后再進行切割分片,所以,封裝后的芯片尺寸和裸芯片幾乎一致,因此也被稱為CSP(Chip Scale Package)封裝技術或者WLCSP(Wafer Level Chip Scale Packaging)封裝技術。CSP封裝技術和PCB印刷電路板的連接都是采用倒裝芯片形式,芯片有源面朝下對著印刷電路板,可以實現最短的電路徑,這也保證了更高的傳輸速度和更少的寄生效應。另一方面,由于采用批量封裝,整個晶圓能夠實現一次全部封裝,制造成本極大程度的降低也是晶圓級封裝的另一個推動力量。

 

作為新一代的芯片封裝技術,在BGA、TSOP的基礎上,CSP封裝的性能有了革命性的提升。CSP封裝可以讓芯片面積與封裝面積之比超過1:1.14,已經相當接近1:1的理想情況,絕對尺寸也僅有32平方毫米,約為普通BGA的1/3,僅僅相當于TSOP內存芯片面積的1/6。與BGA封裝相比,同等空間下CSP封裝可以將存儲容量提高三倍。CSP封裝符合消費類電子產品輕、小、短、薄化的市場趨勢,寄生電容、電感都比較小,并具有低成本、散熱佳等優點。

 

CSP封裝特點

1.CSP封裝內存不但體積小,同時也更薄,其金屬基板到散熱體的有效散熱路徑僅有0.2毫米,大大提高了內存芯片長時間運行過程的可靠性,線路阻抗顯著減小,芯片速度也隨之得到大幅度提高。


2.CSP封裝的電氣性能和可靠性相比BGA、TOSP也有相當大的提高。在相同的芯片面積下CSP所能達到的引腳數明顯的要比TSOP、BGA引腳數多的多(TSOP最多304根,BGA以600根為限,CSP原則上可以制造1000根),這樣它可支持I/O端口的數目就增加了很多。此外,CSP封裝內存芯片的中心引腳形式有效的縮短了信號的傳導距離,其衰減隨之減少,芯片的抗干擾、抗噪性能也能得到大幅提升,這也使得CSP的存取時間比BGA縮短 15%-20%。


3.在CSP的封裝方式中,內存顆粒是通過一個個錫球焊接在PCB板上,由于焊點和PCB板的接觸面積較大,所以內存芯片在運行中所產生的熱量可以很容易地傳導到PCB板上并散發出去。CSP封裝可以從背面散熱,且熱效率良好,CSP的熱阻為35℃/W,而TSOP熱阻40℃/W。

 

CSP封裝工藝流程

目前,CSP產品已有100多種,封裝類型主要有以下五種:柔性基片CSP、硬質基片CSP、引線框架CSP、圓片級CSP、疊層CSP。

不同類型的CSP產品有不同的封裝工藝,一些典型的CSP產品的封裝工藝流程如下:

1.柔性基片CSP產品的封裝工藝流程

柔性基片CSP產品,它的芯片焊盤與基片焊盤間的連接方式可以是倒裝片鍵合、TAB鍵合、引線鍵合。采用的連接方式不同,封裝工藝也不同。


(1)采用倒裝片鍵合的柔性基片CSP的封裝工藝流程

圓片→二次布線(焊盤再分布) →(減薄)形成凸點→劃片→倒裝片鍵合→模塑包封→(在基片上安裝焊球) →測試、篩選→激光打標。


(2)采用TAB鍵合的柔性基片CSP產品的封裝工藝流程

圓片→(在圓片上制作凸點)減薄、劃片→TAB內焊點鍵合(把引線鍵合在柔性基片上) →TAB鍵合線切割成型→TAB外焊點鍵合→模塑包封→(在基片上安裝焊球)→測試→篩選→激光打標。


(3)采用引線鍵合的柔性基片CSP產品的封裝工藝流程

圓片→減薄、劃片→芯片鍵合→引線鍵合→模塑包封→(在基片上安裝焊球) →測試、篩選→激光打標。


2.硬質基片CSP產品的封裝工藝流程

硬質基片CSP產品封裝工藝與柔性基片的封裝工藝一樣,芯片焊盤與基片焊盤之間的連接也可以是倒裝片鍵合、TAB鍵合、引線鍵合。它的工藝流程與柔性基片CSP的完全相同,只是由于采用的基片材料不同,因此,在具體操作時會有較大的差別。


3.引線框架CSP產品的封裝工藝流程

引線框架CSP產品的封裝工藝與傳統的塑封工藝完全相同,只是使用的引線框架要小一些,也要薄一些。因此,對操作就有一些特別的要求,以免造成框架變形。


引線框架CSP產品的封裝工藝流程如下:

圓片→減薄、劃片→芯片鍵合→引線鍵合→模塑包封→電鍍→切篩、引線成型→測試→篩選→激光打標。


4.圓片級CSP產品的封裝工藝流程

(1)在圓片上制作接觸器的圓片級CSP的封裝工藝流程

圓片→二次布線→減薄→在圓片上制作接觸器→接觸器電鍍→測試、篩選→劃片→激光打標。


(2)在圓片上制作焊球的圓片級CSP的封裝工藝流程

圓片→二次布線→減薄→在圓片上制作焊球→模塑包封或表面涂敷→測試、篩選→劃片→激光打標。


5.疊層CSP產品的封裝工藝流程

疊層CSP產品使用的基片一般是硬質基片。

(1)采用引線鍵合的疊層CSP的封裝工藝流程

圓片→減薄、劃片→芯片鍵合→引線鍵合→包封→在基片上安裝焊球→測試→篩選→激光打標。

采用引線鍵合的CSP產品,下面一層的芯片尺寸最大,上面一層的最小。芯片鍵合時,多層芯片可以同時固化(導電膠裝片),也可以分步固化;引線鍵合時,先鍵合下面一層的引線,后鍵合上面一層的引線。


(2)采用倒裝片的疊層CSP產品的封裝工藝流程

圓片→二次布線→減薄、制作凸點→劃片→倒裝鍵合→(下填充)包封→在基片上安裝焊球→測試→篩選→激光打標。

在疊層CSP中,如果是把倒裝片鍵合和引線鍵合組合起來使用。在封裝時,先要進行芯片鍵合和倒裝片鍵合,再進行引線鍵合。


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