芯片封装技术
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芯片封装技术培训课件芯片封装技术培训课件芯片封装技术是现代电子行业中不可或缺的一环。
它起到了保护芯片、传导热量、提高电气连接性和机械强度等重要作用。
本文将介绍芯片封装技术的基本原理、封装材料的选择以及未来发展趋势。
一、芯片封装技术的基本原理芯片封装技术是将芯片封装在外壳中,以保护芯片免受外界环境的影响。
它通过将芯片与外界连接,实现芯片与外界设备的通信和互动。
封装过程中,需要将芯片与封装材料进行粘合,并通过焊接等手段实现电气连接。
芯片封装技术的基本原理可以分为以下几个步骤:首先,将芯片放置在封装基板上,并使用导电胶水将芯片固定在基板上。
接下来,通过焊接技术将芯片的引脚与基板上的连接线连接起来,形成电气连接。
最后,使用封装材料将芯片封装在外壳中,以保护芯片免受外界环境的影响。
二、封装材料的选择封装材料的选择对芯片封装技术起着至关重要的作用。
合适的封装材料可以提供良好的机械强度、导热性能和电气连接性,从而保护芯片的正常运行。
在选择封装材料时,需要考虑以下几个因素:首先,材料的导热性能。
芯片在工作过程中会产生大量的热量,如果导热性能不好,会导致芯片温度过高,影响芯片的正常工作。
其次,材料的机械强度。
封装材料需要具备足够的机械强度,以保护芯片不受外力损伤。
最后,材料的电气连接性。
封装材料需要具备良好的导电性能,以实现芯片与外界设备的电气连接。
常见的封装材料包括有机封装材料、无机封装材料和复合封装材料等。
有机封装材料通常具有良好的导热性能和电气连接性,但机械强度较差;无机封装材料具有较好的机械强度和导热性能,但电气连接性较差;复合封装材料则综合了有机和无机封装材料的优点,具有较好的综合性能。
三、芯片封装技术的未来发展趋势随着电子行业的快速发展,芯片封装技术也在不断进步和创新。
未来,芯片封装技术将朝着以下几个方向发展:首先,封装材料的研发将更加注重环保和可持续性。
随着环境保护意识的增强,封装材料的研发将更加注重减少对环境的影响,并提高材料的可持续性。
芯片封装技术
芯片封装技术是一项科学技术,用于将集成电路连接在一起,以实现整个系统中各部件之间的正确通信。
它可以支持电路元件在成品系统中的互连、与环境之间的界面和故障检测和维护。
芯片封装技术被广泛应用于电子行业,是低成本大规模集成电路制造的基础。
芯片封装技术包括多项技术,主要由封装表面贴装技术、封装热接技术和封装互连技术组成。
封装表面贴装技术指将封装元器件表面连接在一起,它包括直接焊接、铜布网焊接和热接技术等;封装热接技术是将封装元件和PCB进行连接,其主要技术有热封技术和半封装技术;封装互连技术是将封装元件和其他集成电路元件互连,它主要包括DSBGA、PBGA、CSP、FC-BGA等。
芯片封装技术有助于工程师和研究人员更好地设计集成电路,改善准确性、效率和可靠性。
除了上述技术外,芯片封装技术还包括封装结构、有源和无源材料、封装工艺路线、封装设备和测试等技术。
它们能够满足集成电路的多样化需求,为电子产品的开发和制作提供技术支持。
先进芯片封装知识介绍芯片封装是将半导体芯片封装成具有特定功能和形状的封装组件的过程。
芯片封装在实际应用中起着至关重要的作用,它不仅保护芯片免受外部环境的干扰和损害,同时也为芯片提供了良好的导热特性和机械强度。
本文将介绍先进芯片封装的知识,包括封装技术、封装材料和封装工艺等方面。
一、芯片封装技术芯片封装技术主要包括无引线封装(Wafer-Level Package,简称WLP)、翻装封装(Flip-Chip Package,简称FCP)和探针封装(Probe Card Package,简称PCP)等。
1.无引线封装(WLP):无引线封装是在芯片表面直接封装焊盘,实现对芯片进行封装和连接。
它可以使芯片的封装密度更高,并且具有优秀的热传导和电性能。
无引线封装技术广泛应用于移动设备和无线通信领域。
2.翻装封装(FCP):翻装封装是将芯片颠倒翻转后通过导电焊球连接到基板上的封装技术。
它可以提供更好的电路性能和更高的封装密度,适用于高性能芯片的封装。
3.探针封装(PCP):探针封装是通过探针头将芯片连接到测试设备进行测试和封装的技术。
它可以快速进行芯片测试和封装,适用于小批量和多品种的芯片生产。
二、芯片封装材料芯片封装材料是指用于封装过程中的材料,包括基板、封装胶料和焊盘等。
1.基板:基板是芯片封装的重要组成部分,主要用于支撑和连接芯片和其他封装组件。
常用的基板材料包括陶瓷基板、有机基板和金属基板等。
2.封装胶料:封装胶料用于固定和保护芯片,防止芯片受损。
常见的封装胶料包括环氧树脂、硅胶、聚酰亚胺等。
3.焊盘:焊盘是连接芯片和基板的关键部分,用于传递信号和电力。
常见的焊盘材料包括无铅焊料、焊接球和金属焊点等。
三、芯片封装工艺芯片封装工艺是指在封装过程中实施的一系列工艺步骤,主要包括胶黏、焊接和封装等。
1.胶黏:胶黏是将芯片和其他封装组件固定在基板上的工艺步骤。
它通常使用封装胶料将芯片和基板粘接在一起,并通过加热或压力处理来保证粘结的强度。
芯片的封装方式
芯片的封装方式是指将芯片组合在一起并进行保护的方法。
芯片是一种非常小的电子器件,通常是几毫米的正方形或矩形,用于存储或处理数据等。
封装方式的选择取决于芯片的用途、成本和尺寸等因素。
芯片封装方式可以分为以下几类:
1. DIP封装:DIP封装是最古老的封装方式之一,是通过将芯片插入一个双排针脚插座来实现的。
这种封装方式容易制造,但不适用于高密度集成电路。
2. QFP封装:QFP封装是一种较新的封装方式,它采用了表面贴装技术。
这种封装方式具有高密度、小尺寸和易制造等优点,常用于高端计算机、通信和消费电子产品。
3. BGA封装:BGA封装是一种最新的封装方式,它通过将芯片焊接到一个具有多个球形焊点的基板上来实现。
这种封装方式具有高速传输、低噪声、低功耗和可靠性等优点,常用于微处理器、图像传感器和高速通信芯片等。
4. CSP封装:CSP封装是一种非常小型的封装方式,通常用于移动设备和便携式电子产品。
这种封装方式具有小尺寸、低功耗和高可靠性等优点,但也存在生产成本高和焊接难度大等缺点。
总之,芯片的封装方式在电子工业中起着至关重要的作用,无论是传统的DIP封装还是现代的BGA封装和CSP封装都有着各自的优缺点。
因此,在选择封装方式时应考虑到产品的实际需求,以达到最佳
的性价比和性能。
芯片的封装形式芯片的封装形式是指将芯片组件封装在外壳中,以保护芯片并便于安装和使用。
芯片的封装形式有多种类型,每种封装形式都有其特点和适应的应用领域。
下面将介绍几种常见的芯片封装形式。
1. DIP封装(Dual In-line Package):DIP封装是最早使用的一种芯片封装形式。
它的特点是引脚以两列直线排列在芯片的两侧,容易焊接和插拔。
DIP封装广泛应用于电子产品中,如电视机、音响等。
2. QFP封装(Quad Flat Package):QFP封装是一种表面贴装技术(SMT)的封装形式,是DIP封装的一种改进。
QFP封装将引脚排列在芯片的四边,并且引脚密度更高,能够容纳更多的引脚。
QFP封装适用于集成度较高的芯片,如微处理器、FPGA等。
3. BGA封装(Ball Grid Array):BGA封装是一种表面贴装技术的封装形式,与QFP封装类似,但是引脚不再直接暴露在外,而是通过小球连接到印刷电路板上。
BGA封装具有高密度、小体积和良好的电气性能等优点,广泛应用于高性能计算机、通信设备等领域。
4. CSP封装(Chip Scale Package):CSP封装是一种尺寸与芯片近似的封装形式,将芯片直接封装在小型外壳中。
CSP封装具有体积小、重量轻和引脚密度高的特点,适用于移动设备、无线通信和消费电子产品等领域。
5. COB封装(Chip On Board):COB封装是将芯片直接焊接在印刷电路板上的一种封装形式,是一种简化的封装方式。
COB封装具有体积小、可靠性高和成本低的特点,在一些低成本产品中得到广泛应用,如LED显示屏、电子称等。
除了以上几种常见的芯片封装形式,还有一些特殊封装形式,如CSP/BGA混合封装、QFN封装(Quad Flat No-leads)等。
这些封装形式的出现主要是为了应对芯片不断增加的功能需求和尺寸要求。
总的来说,芯片封装形式的选择取决于芯片的功能、尺寸和应用环境等因素。
IC封装大全1、BGA(ball grid array) 球形触点陈列球形触点陈列,表面贴装型封装之一。
在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚,在印刷基板的正面装配LSI 芯片,然后用模压树脂或灌封方法进行密封。
也称为凸点陈列载体(PAC)。
引脚可超过200,是多引脚LSI 用的一种封装。
封装本体也可做得比QFP(四侧引脚扁平封装)小。
例如,引脚中心距为1.5mm 的360 引脚BGA 仅为31mm 见方;而引脚中心距为0.5mm 的304 引脚QFP 为40mm 见方。
而且BGA 不用担心QFP 那样的引脚变形问题。
该封装是美国Motorola 公司开发的,首先在便携式电话等设备中被采用,今后在美国有可能在个人计算机中普及。
最初,BGA 的引脚(凸点)中心距为1.5mm,引脚数为225。
现在也有一些LSI 厂家正在开发500 引脚的BGA。
BGA 的问题是回流焊后的外观检查。
现在尚不清楚是否有效的外观检查方法。
有的认为,由于焊接的中心距较大,连接可以看作是稳定的,只能通过功能检查来处理。
美国Motorola 公司把用模压树脂密封的封装称为OMPAC,而把灌封方法密封的封装称为GPAC。
2、QFP(Plastic Quad Flat Package)方型扁平式封装技术BQFP(quad flat package with bumper) 带缓冲垫的四侧引脚扁平封装。
QFP 封装之一,在封装本体的四个角设置突起(缓冲垫)以防止在运送过程中引脚发生弯曲变形。
美国半导体厂家主要在微处理器和ASIC 等电路中采用此封装。
引脚中心距0.635mm,引脚数从84 到196 左右。
LQFP(low profile quad flat package) 薄型QFP。
指封装本体厚度为1.4mm 的QFP,是日本电子机械工业会根据制定的新QFP 外形规格所用的名称。
FQFP(fine pitch quad flat package)小引脚中心距QFP。
芯片的封装方式
芯片的封装方式是指将芯片封装起来以保护芯片、提高芯片的耐久性和可靠性,同时也是为了便于芯片的安装和使用。
目前常见的芯片封装方式主要有以下几种:
1. DIP封装:DIP封装是最常见的一种封装方式,也是最早应用的一种封装方式。
它可以方便地插入到插座中,因此被广泛应用于电子产品中。
2. SOP封装:SOP封装是一种表面贴装封装方式,它通过将芯片直接粘贴在PCB板上,实现了高密度的布局。
同时,它也非常适合自动化生产,因此被广泛应用于电子产品中。
3. QFP封装:QFP封装是一种非常常见的高密度集成电路封装方式,它通过将芯片焊接在PCB板上,实现了高密度的集成。
同时,在高速数据传输领域也有着广泛的应用。
4. BGA封装:BGA封装是一种新型的封装方式,它通过将芯片焊接在PCB板的底部,实现了更高的集成度和更好的散热性能。
同时,在高性能计算机和服务器等领域也有着广泛的应用。
总之,不同的芯片封装方式适用于不同的应用场景,选择适合的封装方式可以提高芯片的性能和可靠性。
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芯片设计中的封装技术有哪些发展趋势在当今科技飞速发展的时代,芯片作为各类电子设备的核心组件,其性能和功能的提升至关重要。
而芯片封装技术在其中扮演着不可或缺的角色,它不仅为芯片提供保护和连接,还对芯片的性能、散热、尺寸等方面产生着重要影响。
随着芯片制造工艺的不断进步以及市场对芯片性能需求的持续增长,芯片封装技术也呈现出一系列令人瞩目的发展趋势。
首先,小型化和薄型化是芯片封装技术的一个重要发展方向。
随着电子产品越来越轻薄便携,如智能手机、平板电脑等,对芯片的尺寸和厚度提出了更高的要求。
封装技术需要不断减小封装尺寸,以适应电子设备内部有限的空间。
这就促使封装工艺朝着更精细的方向发展,例如采用更小的封装引脚间距、更薄的封装材料等。
同时,晶圆级封装(WLP)技术的应用也越来越广泛,它能够直接在晶圆上完成封装,减少了芯片切割和封装的步骤,从而有效地减小了封装尺寸。
其次,高性能和高可靠性也是芯片封装技术发展的关键目标。
在一些高性能计算、通信和数据中心等应用场景中,芯片需要具备极高的运算速度和数据传输速率,同时要保证在恶劣环境下长时间稳定运行。
为了实现这一目标,封装技术在材料选择、结构设计和工艺优化等方面不断创新。
例如,采用低介电常数和低损耗的封装材料来降低信号传输损耗;采用多层封装结构来增加引脚数量和提高信号传输带宽;采用先进的散热技术来有效降低芯片工作温度,提高芯片的可靠性和稳定性。
再者,异质集成封装技术正逐渐成为主流。
随着芯片功能的日益复杂,单一芯片往往难以满足系统的需求。
异质集成封装技术将不同工艺、不同功能的芯片集成在一个封装体内,实现了系统的高度集成化。
例如,将逻辑芯片、存储芯片、传感器芯片等通过硅通孔(TSV)、微凸点等技术进行三维集成,不仅减小了系统的尺寸和重量,还提高了系统的性能和功能。
这种技术的发展使得芯片能够在更小的空间内实现更多的功能,为电子产品的创新提供了强大的支持。
另外,先进的散热技术在芯片封装中变得越来越重要。
28种芯片封装技术的详细介绍1、BGA|ball grid array也称CPAC(globe top pad array carrier)。
球形触点陈列,表面贴装型封装之一。
在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚,在印刷基板的正面装配LSI 芯片,然后用模压树脂或灌封方法进行密封。
也称为凸点陈列载体(PAC)。
引脚可超过200,是多引脚LSI用的一种封装。
封装本体也可做得比QFP(四侧引脚扁平封装)小。
例如,引脚中心距为1.5mm的360引脚BGA仅为31mm见方;而引脚中心距为0.5mm的304 引脚QFP 为40mm 见方。
而且BGA不用担心QFP 那样的引脚变形问题。
该封装是美国Motorola 公司开发的,首先在便携式电话等设备中被采用,随后在个人计算机中普及。
最初,BGA 的引脚(凸点)中心距为1.5mm,引脚数为225。
现在也有一些LSI 厂家正在开发500 引脚的BGA。
BGA 的问题是回流焊后的外观检查。
美国Motorola公司把用模压树脂密封的封装称为MPAC,而把灌封方法密封的封装称为GPAC。
2、C-(ceramic)表示陶瓷封装的记号。
例如,CDIP 表示的是陶瓷DIP。
是在实际中经常使用的记号。
3、COB (chip on board)COB (chip on board)板上芯片封装,是裸芯片贴装技术之一,半导体芯片交接贴装在印刷线路板上,芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现,并用树脂覆盖以确保可靠性。
虽然COB 是最简单的裸芯片贴装技术,但它的封装密度远不如TAB和倒片焊技术。
4、DIP(dual in-line package)DIP(dual in-line package)双列直插式封装。
插装型封装之一,引脚从封装两侧引出,封装材料有塑料和陶瓷两种。
欧洲半导体厂家多用DIL。
DIP 是最普及的插装型封装,应用范围包括标准逻辑IC,存贮器LSI,微机电路等。
简述芯片封装技术的基本工艺流程一、芯片封装技术的起始:晶圆切割。
1.1 晶圆可是芯片制造的基础啊,一大片晶圆上有好多芯片呢。
首先得把这晶圆切割开,就像把一大块蛋糕切成小块一样。
这可不能随便切,得用专门的设备,精确得很。
要是切歪了或者切坏了,那芯片可就报废了,这就好比做饭的时候切菜切坏了,整道菜都受影响。
1.2 切割的时候,设备的参数得设置得恰到好处。
就像调收音机的频率一样,差一点都不行。
这是个细致活,操作人员得全神贯注,稍有不慎就会前功尽弃。
二、芯片粘贴:固定芯片的关键步骤。
2.1 切割好的芯片得粘到封装基板上。
这就像盖房子打地基一样重要。
胶水的选择可讲究了,不能太稀,不然芯片粘不牢;也不能太稠,否则会影响芯片的性能。
这就跟做菜放盐似的,多了少了都不行。
2.2 粘贴的时候还得保证芯片的位置准确无误。
这可不像把贴纸随便一贴就行,那得精确到微米级别的。
这就好比射击,差之毫厘,谬以千里。
一旦位置不对,后续的工序都会受到影响,整个芯片封装就可能失败。
三、引线键合:连接芯片与外部的桥梁。
3.1 接下来就是引线键合啦。
这一步是用金属丝把芯片上的电极和封装基板上的引脚连接起来。
这金属丝就像桥梁一样,把芯片和外界连接起来。
这过程就像绣花一样,得小心翼翼。
3.2 键合的时候,要控制好键合的力度和温度。
力度大了,可能会把芯片或者引脚弄坏;温度不合适,键合就不牢固。
这就像打铁,火候得掌握好,不然打出来的铁制品就不合格。
四、封装成型:给芯片穿上保护衣。
4.1 然后就是封装成型啦。
用塑料或者陶瓷等材料把芯片包裹起来,这就像是给芯片穿上了一件保护衣。
这不仅能保护芯片不受外界环境的影响,还能让芯片便于安装和使用。
4.2 封装的形状和大小也有很多种,得根据不同的需求来确定。
这就像做衣服,不同的人要穿不同款式和尺码的衣服一样。
五、最后的检测:确保芯片封装质量。
5.1 封装好之后,可不能就这么完事了。
还得进行检测呢。
这检测就像考试一样,看看芯片封装有没有问题。
先进的芯片尺寸封装(CSP)技术及其发展前景摘要:概述了芯片尺寸封装(CSP)的基本结构和分类,通过与传统封装形式进行对比,指出了 CSP技术具有的突出优点,最后举例说明了它的最新应用,并展望了其发展前景。
关键词:微电子封装技术;芯片尺寸封装;表面组装技术中图分类号:TN305.94;TN407 文献标识码:A文章编号:1003-353X(2003)12-0039-05 1 引言汽车电子装置和其他消费类电子产品的飞速发展,微电子封装技术面临着电子产品“高性价比、高可靠性、多功能、小型化及低成本”发展趋势带来的挑战和机遇。
QFP(四边引脚扁平封装)、TQFP(塑料四边引脚扁平封装)作为表面安装技术(SMT)的主流封装形式一直受到业界的青睐,但当它们在0.3mm引脚间距极限下进行封装、贴装、焊接更多的I/O引脚的VLSI时遇到了难以克服的困难,尤其是在批量生产的情况下,成品率将大幅下降。
因此以面阵列、球形凸点为I/O 的BGA(球栅阵列)应运而生,以它为基础继而又发展为芯片尺寸封装(Chip Scale PACKAGE,简称 CSP)技术。
采用新型的CSP技术可以确保VLSI在高性能、高可靠性的前提下实现芯片的最小尺寸封装(接近裸芯片的尺寸),而相对成本却更低,因此符合电子产品小型化的发展潮流,是极具市场竞争力的高密度封装形式。
CSP技术的出现为以裸芯片安装为基础的先进封装技术的发展,如多芯片组件(MCM)、芯片直接安装(DCA),注入了新的活力,拓宽了高性能、高密度封装的研发思路。
在MCM技术面临裸芯片难以储运、测试、老化筛选等问题时,CSP技术使这种高密度封装设计柳暗花明。
2 CSP 技术的特点及分类 2.1 CSP之特点根据J-STD-012标准的定义,CSP是指封装尺寸不超过裸芯片1.2倍的一种先进的封装形式[1] 。
CSP实际上是在原有芯片封装技术尤其是BGA小型化过程中形成的,有人称之为μBGA (微型球栅阵列,现在仅将它划为CSP的一种形式),因此它自然地具有BGA封装技术的许多优点。
1)封装尺寸小,可满足高密封装 CSP是目前体积最小的VLSI封装之一,引脚数(I/O数)相同的CSP封装与QFP、BGA尺寸比较情况见表1[2]。
由表1可见,封装引脚数越多的CSP尺寸远比传统封装形式小,易于实现高密度封装,在IC规模不断扩大的情况下,竞争优势十分明显,因而已经引起了IC制造业界的关注。
一般地,CSP封装面积不到0.5mm节距QFP的 1/10,只有BGA的1/3~1/10[3]。
在各种相同尺寸的芯片封装中,CSP可容纳的引脚数最多,适宜进行多引脚数封装,甚至可以应用在I/O数超过2000 的高性能芯片上。
例如,引脚节距为0.5mm,封装尺寸为40×40的QFP,引脚数最多为304根,若要增加引脚数,只能减小引脚节距,但在传统工艺条件下,QFP 难以突破0.3mm的技术极限;与 CSP相提并论的是BGA封装,它的引脚数可达600~1000根,但值得重视的是,在引脚数相同的情况下,CSP的组装远比BGA容易。
(2)电学性能优良 CSP的内部布线长度(仅为0.8~1.0mm)比QFP或BGA的布线长度短得多 [4],寄生引线电容(<0.001mΩ)、引线电阻(<0.001nH)及引线电感(<0.001pF)均很小,从而使信号传输延迟大为缩短。
CSP的存取时间比QFP或BGA短1/ 5~1/6左右,同时CSP的抗噪能力强,开关噪声只有DIP(双列直插式封装)的1/2。
这些主要电学性能指标已经接近裸芯片的水平,在时钟频率已超过双G的高速通信领域,LSI芯片的CSP将是十分理想的选择。
(3)测试、筛选、老化容易MCM技术是当今最高效、最先进的高密度封装之一,其技术核心是采用裸芯片安装,优点是无内部芯片封装延迟及大幅度提高了组件封装密度,因此未来市场令人乐观。
但它的裸芯片测试、筛选、老化问题至今尚未解决,合格裸芯片的获得比较困难,导致成品率相当低,制造成本很高[4];而CSP则可进行全面老化、筛选、测试,并且操作、修整方便,能获得真正的KGD芯片,在目前情况下用CSP替代裸芯片安装势在必行。
(4)散热性能优良 CSP封装通过焊球与PCB连接,由于接触面积大,所以芯片在运行时所产生的热量可以很容易地传导到PCB上并散发出去;而传统的TSOP(薄型小外形封装)方式中,芯片是通过引脚焊在PCB上的,焊点和PCB板的接触面积小,使芯片向PCB板散热就相对困难。
测试结果表明,通过传导方式的散热量可占到80%以上。
同时,CSP芯片正面向下安装,可以从背面散热,且散热效果良好,10mm×10mm CSP的热阻为35℃/W,而TSOP、QFP的热阻则可达40℃/W。
若通过散热片强制冷却,CSP的热阻可降低到4.2,而QFP的则为11.8[3]。
(5)封装内无需填料大多数CSP封装中凸点和热塑性粘合剂的弹性很好,不会因晶片与基底热膨胀系数不同而造成应力,因此也就不必在底部填料(underfill),省去了填料时间和填料费用 [5],这在传统的SMT封装中是不可能的。
(6)制造工艺、设备的兼容性好 CSP与现有的SMT工艺和基础设备的兼容性好,而且它的引脚间距完全符合当前使用的SMT标准(0.5~1mm),无需对PCB进行专门设计,而且组装容易,因此完全可以利用现有的半导体工艺设备、组装技术组织生产。
2.2 CSP的基本结构及分类CSP的结构主要有4部分:IC芯片,互连层,焊球(或凸点、焊柱),保护层。
互连层是通过载带自动焊接(TAB)、引线键合(WB)、倒装芯片(FC)等方法来实现芯片与焊球(或凸点、焊柱)之间内部连接的,是CSP封装的关键组成部分。
CSP的典型结构如图1所示[6]。
目前全球有50多家IC厂商生产各种结构的CSP产品。
根据目前各厂商的开发情况,可将CSP封装分为下列5种主要类别[7、3]:(1)柔性基板封装(Flex CIRCUIT Interposer)由美国Tessera公司开发的这类CSP封装的基本结构如图2所示。
主要由IC芯片、载带(柔性体)、粘接层、凸点(铜/镍)等构成。
载带是用聚酰亚胺和铜箔组成。
它的主要特点是结构简单,可靠性高,安装方便,可利用原有的TAB(Tape Automated Bonding)设备焊接。
2)刚性基板封装(Rigid Substrate Interposer)由日本TOSHIBA公司开发的这类CSP封装,实际上就是一种陶瓷基板薄型封装,其基本结构见图3。
它主要由芯片、氧化铝(Al2O 3)基板、铜(Au)凸点和树脂构成。
通过倒装焊、树脂填充和打印3个步骤完成。
它的封装效率(芯片与基板面积之比)可达到75%,是相同尺寸的 TQFP的2.5倍。
(3)引线框架式CSP封装(CUSTOM Lead Frame)由日本FUJITSU公司开发的此类CSP封装基本结构如图4所示。
它分为Tape-LOC和MF-LOC两种形式,将芯片安装在引线框架上,引线框架作为外引脚,因此不需要制作焊料凸点,可实现芯片与外部的互连。
它通常分为Tape-LOC和MF-LOC 两种形式。
(4)圆片级CSP 封装(Wafer-Level PACKAGE)由ChipScale公司开发的此类封装见图5。
它是在圆片前道工序完成后,直接对圆片利用半导体工艺进行后续组件封装,利用划片槽构造周边互连,再切割分离成单个器件。
WLP主要包括两项关键技术即再分布技术和凸焊点制作技术。
它有以下特点:①相当于裸片大小的小型组件(在最后工序切割分片);②以圆片为单位的加工成本(圆片成本率同步成本);③加工精度高(由于圆片的平坦性、精度的稳定性)。
(5)微小模塑型CSP (Minute Mold) 由日本三菱电机公司开发的CSP结构如图6所示。
它主要由IC芯片、模塑的树脂和凸点等构成。
芯片上的焊区通过在芯片上的金属布线与凸点实现互连,整个芯片浇铸在树脂上,只留下外部触点。
这种结构可实现很高的引脚数,有利于提高芯片的电学性能、减少封装尺寸、提高可靠性,完全可以满足储存器、高频器件和逻辑器件的高I/O数需求。
同时由于它无引线框架和焊丝等,体积特别小,提高了封装效率。
除以上列举的5类封装结构外,还有许多符合 CSP定义的封装结构形式如μBGA、焊区阵列CSP、叠层型CSP(一种多芯片三维封装)等。
3 CSP封装技术展望 3.1 有待进一步研究解决的问题尽管CSP具有众多的优点,但作为一种新型的封装技术,难免还存在着一些不完善之处。
(1)标准化每个公司都有自己的发展战略,任何新技术都会存在标准化不够的问题。
尤其当各种不同形式的CSP融入成熟产品中时,标准化是一个极大的障碍 [8]。
例如对于不同尺寸的芯片,目前有多种CSP形式在开发,因此组装厂商要有不同的管座和载体等各种基础材料来支撑,由于器件品种多,对材料的要求也多种多样,导致技术上的灵活性很差。
另外没有统一的可靠性数据也是一个突出的问题。
CSP要获得市场准入,生产厂商必须提供可靠性数据,以尽快制订相应的标准。
CSP迫切需要标准化,设计人员都希望封装有统一的规格,而不必进行个体设计。
为了实现这一目标,器件必须规范外型尺寸、电特性参数和引脚面积等,只有采用全球通行的封装标准,它的效果才最理想[9]。
(2)可靠性可靠性测试已经成为微电子产品设计和制造一个重要环节。
CSP常常应用在VLSI芯片的制备中,返修成本比低端的QFP要高,CSP的系统可靠性要比采用传统的SMT封装更敏感,因此可靠性问题至关重要。
虽然汽车及工业电子产品对封装要求不高,但要能适应恶劣的环境,例如在高温、高湿下工作,可靠性就是一个主要问题。
另外,随着新材料、新工艺的应用,传统的可靠性定义、标准及质量保证体系已不能完全适用于CSP开发与制造,需要有新的、系统的方法来确保CSP 的质量和可靠性,例如采用可靠性设计、过程控制、专用环境加速试验、可信度分析预测等。
可以说,可靠性问题的有效解决将是CSP成功的关键所在 [10,11]。
(3)成本价格始终是影响产品(尤其是低端产品)市场竞争力的最敏感因素之一。
尽管从长远来看,更小更薄、高性价比的CSP封装成本比其他封装每年下降幅度要大,但在短期内攻克成本这个障碍仍是一个较大的挑战[10]。
目前CSP是价格比较高,其高密度光板的可用性、测试隐藏的焊接点所存在的困难(必须借助于X射线机)、对返修技术的生疏、生产批量大小以及涉及局部修改的问题,都影响了产品系统级的价格比常规的BGA器件或TSOP/TSSOP/SSOP器件成本要高。
但是随着技术的发展、设备的改进,价格将会不断下降。
目前许多制造商正在积极采取措施降低CSP价格以满足日益增长的市场需求。