文章來源：學(xué)習(xí)那些事

原文作者：前路漫漫

本文主要介紹芯片級(jí)封裝（CSP）。

CSP、倒裝芯片、圓片級(jí)封裝的區(qū)別

CSP：封裝尺寸與芯片相當(dāng)，一般超過IC尺寸的20%，是IC級(jí)單芯片封裝技術(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)SMT組裝，并進(jìn)行包封和測試。

倒裝芯片：屬于圓片級(jí)加工技術(shù)，在圓片上制作焊料凸點(diǎn)，芯片面朝下進(jìn)行封裝互連，目前通常無法進(jìn)行圓片級(jí)老化和測試。

圓片級(jí)封裝：在圓片上加工電互連結(jié)構(gòu)，采用SMT技術(shù)倒裝互連，然后在圓片上完成包封、測試、老化，分割后得到IC成品。

CSP的起源與定義

CSP的概念最早于1993年由Fuiitsu公司的Junichi Kasai和Hitachi Cable公司的Gen Murakami提出。1994年，Mitsubishi Electric公司首次將其實(shí)現(xiàn)，它是由BGA經(jīng)縮小外形和端子間距發(fā)展而來。

在CSP技術(shù)發(fā)展初期，其定義處于模糊與不統(tǒng)一的狀態(tài)，各廠商對(duì)其界定存在顯著差異。隨著技術(shù)演進(jìn)，行業(yè)逐步形成了幾種廣泛認(rèn)可的定義標(biāo)準(zhǔn)：日本電子工業(yè)協(xié)會(huì)將芯片面積與封裝體面積比例超過80%的封裝形式歸類為CSP；美國國防部元器件供應(yīng)中心在J - STK -012標(biāo)準(zhǔn)中明確，若LSI封裝產(chǎn)品面積不超過LSI芯片面積的120%，即可認(rèn)定為CSP；松下電子工業(yè)公司則以封裝產(chǎn)品邊長與芯片邊長差值小于1mm作為CSP判定依據(jù)。盡管表述有所不同，但這些定義均聚焦于同一核心特質(zhì)——CSP具備高度緊湊的封裝形態(tài)，在尺寸上極大程度地趨近于芯片本體。

CSP的性能優(yōu)勢

超小體積與輕薄設(shè)計(jì)

CSP堪稱當(dāng)前體積最小的LSI芯片封裝技術(shù)之一。在引腳數(shù)量相同的情況下，CSP的面積相較于0.5mm節(jié)距QFP，不到其十分之一，僅為普通BGA封裝的三分之一至十分之一 。而且，CSP不僅面積小，厚度也極薄，這對(duì)于追求輕薄化的電子產(chǎn)品來說，具有極大的吸引力，能夠有效提升產(chǎn)品的空間利用率和便攜性。

卓越的電性能

CSP內(nèi)部布線極為精簡，相較于QFP或BGA封裝，其布線長度大幅縮短 。這一優(yōu)勢直接帶來了寄生電容的減小以及信號(hào)傳輸延遲時(shí)間的降低。即便面對(duì)時(shí)鐘頻率超過100MHz的LSI芯片，CSP也能輕松應(yīng)對(duì)，確保信號(hào)的高速、穩(wěn)定傳輸。同時(shí)，CSP的存取時(shí)間相較于QFP或BGA封裝改善了15% - 20% ，開關(guān)噪聲也控制在極低水平，為芯片的高效運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)保障。

出色的散熱能力

在散熱方面，CSP具備獨(dú)特的優(yōu)勢。大多數(shù)CSP采用將芯片面向下安裝的方式，使得芯片產(chǎn)生的熱量能夠通過最短的路徑，從芯片背面快速傳導(dǎo)至外界 。這種高效的散熱方式，配合空氣對(duì)流或安裝散熱器等手段，可以對(duì)芯片進(jìn)行充分散熱，有效避免芯片因過熱而出現(xiàn)性能下降或故障，極大地提高了芯片在長時(shí)間、高負(fù)載運(yùn)行時(shí)的可靠性。

高I/O密度

隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，芯片的I/O引腳數(shù)目不斷增加。CSP通過縮小封裝面積，在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了更高的I/O引腳密度 。其封裝面積可縮小到BGA的四分之一至十分之一，單位面積容納的I/O引腳數(shù)顯著增多，能夠很好地滿足現(xiàn)代芯片對(duì)大量I/O接口的需求，為芯片實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能提供了硬件基礎(chǔ)。

CSP的分類

按基片類型分類

引線框架式CSP：引線框架式CSP的封裝載體采用了與傳統(tǒng)塑封電路相似的引線框架結(jié)構(gòu)，但在設(shè)計(jì)上進(jìn)行了優(yōu)化，具有更小的外形尺寸和更薄的厚度。其指狀焊盤創(chuàng)新性地延伸至芯片內(nèi)部區(qū)域，形成緊密的電氣連接布局。在芯片與封裝的互連工藝方面，主要采用引線鍵合技術(shù)，其中金絲球焊是較為常用的工藝方法，通過這種方式，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)芯片焊盤與CSP外部焊盤之間的電氣導(dǎo)通。得益于與常規(guī)塑封電路相近的制造工藝，引線框架式CSP在生產(chǎn)過程中無需進(jìn)行大規(guī)模的設(shè)備和工藝調(diào)整，顯著降低了生產(chǎn)難度和成本，因而具備良好的規(guī)?；a(chǎn)適應(yīng)性。目前，富士通、日立等行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)已掌握成熟的制造技術(shù)，成為該類產(chǎn)品的主要供應(yīng)商，推動(dòng)了引線框架式CSP在消費(fèi)電子、通信等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

剛性基片式CSP：IC載體基片由多層布線陶瓷或多層布線層壓樹脂板制成 。這種基片具有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠?yàn)樾酒峁┝己玫碾姎膺B接和物理支撐。摩托羅拉、索尼、東芝、松下等公司在剛性基片式CSP領(lǐng)域較為領(lǐng)先。

撓性基片CSP：IC載體基片采用塑料薄膜等柔性材料制成，在薄膜上制作有多層金屬布線 。該類型CSP具有良好的柔韌性，能夠適應(yīng)一些特殊的應(yīng)用場景，如可穿戴設(shè)備等對(duì)封裝柔韌性有要求的領(lǐng)域。代表產(chǎn)品包括Tessera公司的microBGA、CTS公司的sim - BGA等。

晶圓級(jí)芯片尺寸（WLCSP）：主要封裝工藝在晶圓上完成，通過介質(zhì)膜和布線實(shí)現(xiàn)從焊盤到焊球外引腳的電性連接以及與其他部分的絕緣 。這種封裝方式直接在晶圓階段進(jìn)行，避免了后續(xù)對(duì)單個(gè)芯片的復(fù)雜封裝工序，極大地提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)進(jìn)一步減小了封裝尺寸。并且，WLCSP可以在晶圓上進(jìn)行測試和老化篩選，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

按互連方式分類

倒裝片鍵合CSP;采用芯片有源面反向朝下的獨(dú)特安裝方式，借助芯片表面預(yù)設(shè)的焊球與基板直接完成電氣連接。這種互連架構(gòu)顯著縮短了芯片與基板間的信號(hào)傳輸路徑，大幅降低了寄生電感與電容效應(yīng)，從而顯著提升了高頻信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與電氣性能。

在工藝實(shí)現(xiàn)層面，倒裝片鍵合CSP需依賴多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)協(xié)同作業(yè)。首先，二次布線技術(shù)將芯片周邊原始焊盤重新布局為間距優(yōu)化的陣列結(jié)構(gòu)，為后續(xù)連接創(chuàng)造條件；其次，凸點(diǎn)形成技術(shù)通過電鍍金或焊料沉積工藝，在再分布焊盤上構(gòu)建可靠的連接凸點(diǎn)；然后，倒裝片鍵合技術(shù)利用高精度設(shè)備將帶有凸點(diǎn)的芯片精準(zhǔn)貼合至基板；最后，包封環(huán)節(jié)采用特殊材料與工藝，著重控制空洞、裂紋產(chǎn)生，增強(qiáng)封裝體的水汽阻隔能力，確保長期使用的可靠性。

引線鍵合CSP：采用短引線鍵合的方式，將芯片焊盤與封裝基片焊盤連接起來 。這種互連方式工藝相對(duì)成熟，成本較低。在生產(chǎn)過程中，需要先對(duì)晶圓進(jìn)行減薄、劃片處理，然后進(jìn)行芯片鍵合和引線鍵合，最后進(jìn)行模塑包封、安裝焊球等后續(xù)工序 。

TAB鍵合CSP：使用TAB（載帶自動(dòng)鍵合）技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片與封裝基片的連接 。首先在圓片上制作凸點(diǎn)并進(jìn)行減薄、劃片，接著進(jìn)行TAB內(nèi)焊點(diǎn)鍵合，將引線鍵合在柔性基片上，然后進(jìn)行TAB鍵合線切割成型和外焊點(diǎn)鍵合，最后進(jìn)行模塑包封和安裝焊球 。TAB鍵合CSP適用于一些對(duì)引腳間距和電氣性能有特定要求的應(yīng)用場景。