CSP封裝

CSP(Chip Scale Package)封裝，是晶片級封裝的意思。CSP封裝是最新一代的記憶體晶片封裝技術，其技術性能又有了新的提升。CSP封裝可以讓晶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，約為普通的BGA的1/3，僅僅相當於TSOP記憶體晶片面積的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。

基本介紹

• 中文名：CSP封裝
• 外文名：Chip Scale Package)
• 封裝分類：硬質基片CSP
• 產品特點：體積小
• 封裝形式：1994年提出

封裝形式

這種封裝形式是由日本三菱公司在1994年提出來的。對於CSP，有

多種定義：日本電子工業協會把CSP定義為晶片面積與封裝體面積之比大於80%的封裝；美國國防部元器件供應中心的J-STK-012標準把CSP定義為LSI封裝產品的面積小於或等於LSI晶片面積的120%的封裝；松下電子工業公司將之定義為LSI封裝產品的邊長與封裝晶片的邊長的差小於Imm的產品等。這些定義雖然有些差別，但都指出了CSP產品的主要特點：封裝體尺寸小。

CSP封裝記憶體不但體積小，同時也更薄，其金屬基板到散熱體的最有效散熱路徑僅有0.2毫米，大大提高了記憶體晶片在長時間運行後的可靠性，線路阻抗顯著減小，晶片速度也隨之得到大幅度提高。

CSP封裝記憶體晶片的中心引腳形式有效地縮短了信號的傳導距離，其衰減隨之減少，晶片的抗干擾、抗噪性能也能得到大幅提升，這也使得CSP的存取時間比BGA改善15%-20%。在CSP的封裝方式中，記憶體顆粒是通過一個個錫球焊接在PCB板上，由於焊點和PCB板的接觸面積較大，所以記憶體晶片在運行中所產生的熱量可以很容易地傳導到PCB板上並散發出去。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技術是在電子產品的更新換代時提出來的，它的目的是在使用大晶片(晶片功能更多，性能更好，晶片更複雜)替代以前的小晶片時，其封裝體占用印刷板的面積保持不變或更小。正是由於CSP產品的封裝體小、薄，因此它的手持式移動電子設備中迅速獲得了套用。在1996年8月，日本Sharp公司就開始了批量生產CSP產品；在1996年9月，日本索尼公司開始用日本TI和NEC公司提供的CSP產品組裝攝像機；在1997年，美國也開始生產CSP產品。世界上有幾十家公司可以提供CSP產品，各類CSP產品品種多達一百種以上。

產品特點

CSP是最先進的積體電路封裝形式，它具有如下一些特點：

①體積小

在各種封裝中，CSP是面積最小，厚度最小，因而是體積最小的封裝。在輸入/輸出端數相同的情況下，它的面積不到0．5mm間距QFP的十分之一，是BGA(或PGA)的三分之一到十分之一。因此，在組裝時它占用印製板的面積小，從而可提高印製板的組裝密度，厚度薄，可用於薄形電子產品的組裝；

②輸入/輸出端數可以很多

在相同尺寸的各類封裝中，CSP的輸入/輸出端數可以做得更多。例如，對於40mm×40mm的封裝，QFP的輸入/輸出端數最多為304個，BGA的可以做到600-700個，而CSP的很容易達到1000個。雖然目前的CSP還主要用於少輸入/輸出端數電路的封裝。

③電性能好

CSP內部的晶片與封裝外殼布線間的互連線的長度比QFP或BGA短得多，因而寄生參數小，信號傳輸延遲時間短，有利於改善電路的高頻性能。

④熱性能好

CSP很薄，晶片產生的熱可以很短的通道傳到外界。通過空氣對流或安裝散熱器的辦法可以對晶片進行有效的散熱。

⑤CSP不僅體積小，而且重量輕

它的重量是相同引線數的QFP的五分之一以下，比BGA的少得更多。這對於航空、航天，以及對重量有嚴格要求的產品應是極為有利的

⑥CSP電路

跟其它封裝的電路一樣，是可以進行測試、老化篩選的，因而可以淘汰掉早期失效的電路，提高了電路的可靠性；另外，CSP也可以是氣密封裝的，因而可保持氣密封裝電路的優點。

⑦CSP產品

它的封裝體輸入/輸出端(焊球、凸點或金屬條)是在封裝體的底部或表面，適用於表面安裝。

封裝分類

CSP產品已有100多種，封裝類型也多，主要有如下五種：

柔性基片CSP

柔性基片CSP的IC載體基片是用柔性材料製成的，主要是塑膠薄膜。在薄膜上製作有多層金屬布線。採用TAB鍵合的CSP，使用周邊焊盤晶片。

硬質基片CSP

硬質基片CSP的IC載體基片是用多層布線陶瓷或多層布線層壓樹脂板製成的。

引線框架CSP

引線框架CSP，使用類似常規塑封電路的引線框架，只是它的尺寸要小些，厚度也薄，並且它的指狀焊盤深入到了晶片內部區域。引線框架CSP多採用引線鍵合(金絲球焊)來實現晶片焊盤與引線框架CSP焊盤的連線。它的加工過程與常規塑封電路加工過程完全一樣，它是最容易形成規模生產的。

圓片級CSP

圓片級CSP，是先在圓片上進行封裝，並以圓片的形式進行測試，老化篩選，其後再將圓片分割成單一的CSP電路。

疊層CSP

把兩個或兩個以上晶片重疊粘附在一個基片上，再封裝起來而構成的CSP稱為疊層CSP。在疊層CSP中，如果晶片焊盤和CSP焊盤的連線是用鍵合引線來實現的，下層的晶片就要比上層晶片大一些，在裝片時，就可以使下層晶片的焊盤露出來，以便於進行引線鍵合。在疊層CSP中，也可以將引線鍵合技術和倒裝片鍵合技術組合起來使用。如上層採用倒裝片晶片，下層採用引線鍵合晶片。

工藝流程

CSP產品的品種很多，封裝類型也很多，因而具體的封裝工藝也很多。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：

柔性基片CSP產品的封裝工藝流程

柔性基片CSP產品，它的晶片焊盤與基片焊盤問的連線方式可以是倒裝片鍵合、TAB鍵合、引線鍵合。採用的連線方式不同，封裝工藝也不同。

(1)採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→雷射打標

(2)採用TAB鍵合的柔性基片CSP產品的封裝工藝流程

圓片→(在圓片上製作凸點)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→雷射打標

(3)採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→晶片鍵合→引線鍵合→模塑包封→(在基片上安裝焊球) →測試、篩選→雷射打標

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，晶片焊盤與基片焊盤之間的連線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，只是由於採用的基片材料不同，因此，在具體操作時會有較大的差別。

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→晶片鍵合→引線鍵合→模塑包封→電鍍→切篩、引線成型→測試→篩選→雷射打標

圓片級CSP產品的封裝工藝流程

(1)在圓片上製作接觸器的圓片級CSP的封裝工藝流程；

圓片→二次布線→減薄→在圓片上製作接觸器→接觸器電鍍→測試、篩選→劃片→雷射打標

(2)在圓片上製作焊球的圓片級CSP的封裝工藝流程

圓片→二次布線→減薄→在圓片上製作焊球→模塑包封或表面塗敷→測試、篩選→劃片→雷射打標

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)採用引線鍵合的疊層CSP的封裝工藝流程；

圓片→減薄、劃片→晶片鍵合→引線鍵合→包封→在基片上安裝焊球→測試→篩選→雷射打標

採用引線鍵合的CSP產品，下面一層的晶片尺寸最大，上面一層的最小。晶片鍵合時，多層晶片可以同時固化(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，後鍵合上面一層的引線。

(2)採用倒裝片的疊層CSP產品的封裝工藝流程

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

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，先要進行晶片鍵合和倒裝片鍵合，再進行引線鍵合。

技術問題

CSP產品的標準化問題

CSP是近幾年才出現的一種積體電路的封裝形式，目前已有上百種CSP產品，並且還在不斷出現一些新的品種。儘管如此，CSP技術還是處於發展的初期階段，因此還沒有形成統一的標準。不同的廠家生產不同的CSP產品。一些公司在推出自己的產品時，也推出了自己的產品標準。這些標準包括：產品的尺寸(長、寬、厚度)、焊球間距、焊球數等。Sharp公司的CSP產品的標準有如表1、表2。

在我國，要開發CSP產品，也需要建立一個統一的標準，以便幫助我們自己的CSP產品的開發和套用。

CSP產品的封裝技術問題

在CSP中，積體電路晶片焊盤與封裝基片焊盤的連線方式主要有三種：倒裝片鍵合、TAB鍵合、引線鍵合，因此，開發CSP產品需要開發的封裝技術就可以分為三類。

① 開發倒裝片鍵合CSP產品需要開發的封裝技術

(a)二次布線技術 二次布線，就是把IC的周邊焊盤再分布成間距為200微米左右的陣列焊盤。在對晶片焊盤進行再分布時，同時也形成了再分布焊盤的電鍍通道。

(b)凸點形成(電鍍金凸點或焊料凸點)技術。在再分布的晶片焊盤上形成凸點。

(c)倒裝片鍵合技術。

把帶有凸點的晶片面朝下鍵合在基片上。

(d)包封技術。

包封時，由於包封的材料厚度薄，空洞、裂紋的存在會更嚴重的影響電路的可靠性。因此，在包封時要減少甚至避免孔洞、裂紋的出現。另外，還要提高材料的抗水汽滲透能力。因此，在CSP產品的包封中，不僅要提高包封技術，還要使用性能更好的包封材料。

(e)焊球安裝技術。

在基片下面安裝焊球。

(f)在開發疊層倒裝片CSP產品中，還需要開發多層倒裝片鍵合技術。

② 開發引線鍵合CSP產品需要開發的封裝技術

目前，有不少的CSP產品(40%左右)是使用引線鍵合技術來實現晶片焊盤和封裝外殼引出焊盤間的連線的。開發引線鍵合CSP產品需要開發如下一些封裝技術。

(a)短引線鍵合技術

在基片封裝CSP中，封裝基片比晶片尺寸稍大(大1mm左右)；在引線框架CSP中，引線框架的鍵合焊盤伸到了晶片上面，在鍵合時，鍵合線都很短，而且弧線很低。而在鍵合引線很短時，鍵合引線的弧線控制很困難。

(b)包封技術

在引線鍵合CSP的包封中，不僅要解決倒裝片CSP包封中的有關技術問題，還要解決包封的沖絲問題。

(c)焊球安裝技術。

(d)在開發疊層引線鍵合CSP的產品中，還需要開發多層引線的鍵合技術。

③開發TAB鍵合CSP產品需要開發的封裝技術

(a)TAB鍵合技術。

(b)包封技術。

(c)焊球安裝技術。

④開發圓片級CSP產品需要開發的新技術

(a)二次布線技術。

(b)焊球製作技術。

(c)包封技術。

(d)圓片級測試和篩選技術。

(e)圓片劃片技術。

與CSP產品相關的材料問題

要開發CSP產品，還必須解決與CSP封裝相關的材料問題。

①CSP產品的封裝基片

在CSP產品的封裝中，需要使用高密度多層布線的柔性基片、層壓樹脂基片、陶瓷基片。這些基片的製造難度相當大。要生產這類基片，需要開發相關的技術。同時，為了保證CSP產品的長期可靠性，在選擇材料或開發新材料時，還要考慮到這些材料的熱膨脹係數應與矽片的相匹配。

②包封材料

由於CSP產品的尺寸小，在產品中，包封材料在各處的厚度都小。為了避免在惡劣環境下失效，包封材料的氣密性或與被包封的各種材料的粘附性必須良好；有好的抗潮氣穿透能力，與矽片的熱膨脹匹配；以及一些其它的相關性能。

CSP的價格問題

CSP產品的價格也是一個重要的問題。目前，CSP產品的價格都比較貴，是一般產品的一倍以上。為了降低價格，需要開發一些新工藝、新技術、新材料，以降低製造成本，從而降低CSP的價格。

組裝CSP產品的印製板問題

組裝CSP產品的印製板，其製造難度是相當大的，它不僅需要技術，而且需要經驗，還要使用新材料。目前，世界上只有為數不多的幾個廠家可以製造這類印製板。主要困難在於：布線的線條窄，間距窄，還要製作一定數量的通孔，表面的平整性要求也較高。在選擇材料時還要考慮到熱膨脹性能。

CSP產品的市場問題

國內的CSP市場完全被外國公司和外資企業控制，國內企業產品要進入這個市場也是相當困難的。要進入CSP市場，首先是要開發出適銷對路的產品，其次是要提高和保持產品的質量，還必須要及時供貨，並且價格要便宜。