先进的芯片尺寸封装(CSP)技术及其发展前景分解.doc

先进的芯片尺寸封装(CSP)技术及其发展前景 王振宇，成 立，高 平，史宜巧，祝 俊 （江苏大学电气信息工程学院，江苏 镇江 212013） 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必威体育精装版应用，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×10