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一文详解CSP先进封装技术
发布时间:2021-07-21 点击数:54


CSP封装定义

WLP(Wafer Level Package)晶圆级封装技术出现之前,传统封装工艺步骤是先对晶圆(Wafer)进行切割分片(Dicing),然后再封装(Packaging)成各种形式。


WLP晶圆级封装技术于2000年左右问世,有Fan-in(扇入式)和Fan-Out(扇出式)两种类型,在封装过程中大部分工艺都是对晶圆进行操作,即直接在晶圆上进行整体封装,封装完成后再进行切割分片。


因为封装完成后再进行切割分片,所以,封装后的芯片尺寸和裸芯片几乎一致,因此也被称为CSP(Chip Scale Package)封装技术或者WLCSP(Wafer Level Chip Scale Packaging)封装技术。CSP封装技术和PCB印刷电路板的连接都是采用倒装芯片形式,芯片有源面朝下对着印刷电路板,可以实现最短的电路径,这也保证了更高的传输速度和更少的寄生效应。另一方面,由于采用批量封装,整个晶圆能够实现一次全部封装,制造成本极大程度的降低也是晶圆级封装的另一个推动力量。

 

作为新一代的芯片封装技术,在BGA、TSOP的基础上,CSP封装的性能有了革命性的提升。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封装符合消费类电子产品轻、小、短、薄化的市场趋势,寄生电容、电感都比较小,并具有低成本、散热佳等优点。

 

CSP封装特点

1.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有效散热路径仅有0.2毫米,大大提高了内存芯片长时间运行过程的可靠性,线路阻抗显著减小,芯片速度也随之得到大幅度提高。


2.CSP封装的电气性能和可靠性相比BGA、TOSP也有相当大的提高。在相同的芯片面积下CSP所能达到的引脚数明显的要比TSOP、BGA引脚数多的多(TSOP最多304根,BGA以600根为限,CSP原则上可以制造1000根),这样它可支持I/O端口的数目就增加了很多。此外,CSP封装内存芯片的中心引脚形式有效的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缩短 15%-20%。


3.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封装工艺流程

目前,CSP产品已有100多种,封装类型主要有以下五种:柔性基片CSP、硬质基片CSP、引线框架CSP、圆片级CSP、叠层CSP。

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:

1.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间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。


2.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。


3.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。


4.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。


5.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。