1 引言

所謂芯片尺寸封裝就是CSP (Chip Size Package或Chip Scale Package),。JEDEC(美國(guó)EIA協(xié)會(huì)聯(lián)合電子器件工程委員會(huì))的JSTK一012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，LSI芯片封裝面積小于或等于LSI芯片面積的120%的產(chǎn)品稱之為CSP,。CSP技術(shù)的出現(xiàn)確保VLSI在高性能,、高可靠性的前提下實(shí)現(xiàn)芯片的最小尺寸封裝(接近裸芯片的尺寸)，而相對(duì)成本卻更低,，因此符合電子產(chǎn)品小型化的發(fā)展潮流,，是極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的高密度封裝形式。本文從CSP的特點(diǎn),、類別和制作上藝以及生產(chǎn)和研發(fā)等幾個(gè)方面詳細(xì)論述這種先進(jìn)的封裝技術(shù),，并對(duì)我國(guó)CSP技術(shù)的研發(fā)提出幾點(diǎn)建議。

2 CSP的特點(diǎn)

CSP實(shí)際上是在BGA封裝小型化過(guò)程中形成的,，所以有人也將CSP稱之為μBGA(微型球柵陣列,，現(xiàn)在僅將它劃為CSP的一種形式)，因此它自然地具有BGA封裝技術(shù)的許多優(yōu)點(diǎn),。

2．1 封裝尺寸小

CSP是目前體積最小的VLSI封裝之一,。一般，CSP封裝面積不到0．5 mm,，而間距是QFP的1／10,，BGA的1／3～l／10。

2．2 可容納引腳的數(shù)最多

在各種相同尺寸的芯片封裝中,，CSP可容納的引腳數(shù)最多,，適宜進(jìn)行多引腳數(shù)封裝，甚至可以應(yīng)用在I／0數(shù)超過(guò)2000的高性能芯片上,。例如,，引腳間距為0．5 mm，封裝尺寸為40 mm×40 mm的QFP,，引腳數(shù)最多為304根,，若要增加引腳數(shù)，只能減小引腳間距,，但在傳統(tǒng)工藝條件下,，OFP難以突破0．3 mm的技術(shù)極限；與CSP相提并論的是BGA封裝，它的引腳數(shù)可達(dá)600～1000根,，但值得重視的是,，在引腳數(shù)相同的情況下，CSP的組裝遠(yuǎn)比BGA容易,。

2．3 電性能優(yōu)良

CSP的內(nèi)部布線長(zhǎng)度(僅為0．8～1．O mm)比QFP或BGA的布線長(zhǎng)度短得多,，寄生引線電容、引線電阻及引線電感均很小,，從而使信號(hào)傳輸延遲大為縮短,。CSP的存取時(shí)間比QFP或BGA短1／5～1／6左右，同時(shí)CSP的抗噪能力強(qiáng),，開(kāi)關(guān)噪聲只有DIP(雙列直插式封裝)的1／2,。這些主要電學(xué)性能指標(biāo)已經(jīng)接近裸芯片的水平，在時(shí)鐘頻率己超過(guò)雙G的高速通信領(lǐng)域,，LSI芯片的CSP將是十分理想的選擇,。

2．4 測(cè)試、篩選,、老化操作容易實(shí)現(xiàn)

MCM技術(shù)是當(dāng)今最高效,、最先進(jìn)的高密度封裝之一，其技術(shù)核心是采用裸芯片安裝,，優(yōu)點(diǎn)是無(wú)內(nèi)部芯片封裝延遲及大幅度提高了組件封裝密度,，因此未來(lái)市場(chǎng)令人樂(lè)觀,。但它的裸芯片測(cè)試,、篩選、老化問(wèn)題至今尚未解決,，合格裸芯片的獲得比較困難,，導(dǎo)致成品率相當(dāng)?shù)停圃斐杀竞芨?；而CSP則可進(jìn)行全面老化,、篩選、測(cè)試,，并且操作,、修整方便，能獲得真正的KGD芯片,，在目前情況下用CSP替代裸：芯片安裝勢(shì)在必行,。

2．5 散熱性能優(yōu)良

CSP封裝通過(guò)焊球與PCB連接，由于接觸面積大,，所以芯片在運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的熱量可以很容易地傳導(dǎo)到PCB上并散發(fā)出去,；而傳統(tǒng)的TSOP(薄型小外形封裝)方式中，芯片是通過(guò)引腳焊在PCB上,，焊點(diǎn)和PCB板的接觸面積小,，使芯片向PCB板散熱相對(duì)困難,。測(cè)試結(jié)果表明，通過(guò)傳導(dǎo)方式的散熱量可占到80％以上,。同時(shí),，CSP芯片正面向下安裝，可以從背面散熱,，且散熱效果良好,。例如松下電子開(kāi)發(fā)的10 mm×10mm CSP的熱阻為35℃／W，而TSOP,、QFP的熱阻則可達(dá)40℃／W,。若通過(guò)散熱片強(qiáng)制冷卻，CSP的熱阻可降低到4．2℃／W,，而QFP的則為11．8℃／W,。

2．6 封裝內(nèi)無(wú)需填料

大多數(shù)CSP封裝中凸點(diǎn)和熱塑性粘合劑的彈性很好，不會(huì)因晶片與基底熱膨脹系數(shù)不同而造成應(yīng)力,，因此也就不必在底部填料,，省去了填料時(shí)間和填料費(fèi)用，這在傳統(tǒng)的SMT封裝中是不可能的,。

2．7 制造工藝,、設(shè)備的兼容性好

CSP與現(xiàn)有的SMT工藝和基礎(chǔ)設(shè)備的兼容性好，而且它的引腳間距完全符合當(dāng)前使用的SMT標(biāo)準(zhǔn)(0．5～1 mm),，無(wú)需對(duì)PCB進(jìn)行專門設(shè)計(jì),，而且組裝容易，因此完全可以利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝設(shè)備,、組裝技術(shù)組織生產(chǎn),。

3 CSP的分類

目前全球有50多家IC廠商生產(chǎn)各種結(jié)構(gòu)的CSP產(chǎn)品。根據(jù)目前各廠商的開(kāi)發(fā)情況,，可將CSP封裝分為下列主要類別：

(1)柔性基板封裝CSP,。柔性基板封裝CSP是由日本的NEC公司利用TAB技術(shù)研制開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種窄間距的BGA，因此也可以稱之為FPBGA,。這類CSP封裝的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示,，截面結(jié)構(gòu)如圖2所示。主要由IC芯片,、載帶(柔性體),、粘接層、凸點(diǎn)(銅／鎳)等構(gòu)成,。載帶是用聚酰亞胺和制箔組成,。采用共晶焊料(63%Sn一37%Pb)作外部互連電極材料。

其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高,，安裝方便,，可利用傳統(tǒng)的TAB(Tape Automated Bonding)焊接機(jī)進(jìn)行焊接。

(2)剛性基板CSP,。剛性基板CSP是由日本的Toshiba公司開(kāi)發(fā)的一種陶瓷基板超薄型封裝,，因此又可稱之為陶瓷基板薄形封裝CSTP（Ceramic Substrate Thin Package)。其基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3,。它主要由芯片,、氧化鋁(Al2O3)基板、銅(Au)凸點(diǎn)和樹(shù)脂構(gòu)成,。通過(guò)倒裝焊,、樹(shù)脂填充和打印3個(gè)步驟完成。它的封裝效率(芯片與基板面積之比)可達(dá)到75％,，是相同尺寸的TQFP的2．5倍,。

(3)引線框架式CSP。引線框架式CSP是由日本的Fujitsu公司研制開(kāi)發(fā)的一種芯片上引線的封裝形式,，因此也被稱之為L(zhǎng)OC(Lead On Chip)形CSP,。通常情況下分為Tape-LOC型和MF- LOC型（Mul-ti-frame-LOC)兩種形式，其基本結(jié)構(gòu)如圖4所示,。

由圖可知,，這兩種形式的LOC形CSP都是將LSI芯片安裝在引線框架上，芯片面朝下,，芯片下面的引線框架仍然作為外引腳暴露在封裝結(jié)構(gòu)的外面,。因此，不需要制作工藝復(fù)雜的焊料凸點(diǎn),，可實(shí)現(xiàn)芯片與外部的互連,，并且其內(nèi)部布線很短,，僅為0．1 mm左右,。

(4)焊區(qū)陣列CSP。焊區(qū)陣列CSP是由日本的Panasonic公司研制開(kāi)發(fā)的一種新型封裝形式,，也被稱之為L(zhǎng)GA(Land Grid Array)型CSP,，主要由LSI芯片、陶瓷載體,、填充用環(huán)氧樹(shù)脂和導(dǎo)電粘結(jié)劑等組成,。這種封裝的制作工藝是先用金絲打球法在芯片的焊接區(qū)上形成Au凸點(diǎn)，然后在倒裝焊時(shí),，在基板的焊區(qū)上印制導(dǎo)電膠,，之后對(duì)事先做好的凸點(diǎn)加壓，同時(shí)固化導(dǎo)電膠，這就完成了芯片與基板的連接,。導(dǎo)電膠由Pd-Ag與特殊的環(huán)氧樹(shù)脂組成,，固化后保持一定彈性，因此,，即使承受一定的應(yīng)力,，也不易受損。表1示出了其材料結(jié)構(gòu)與一些基本參數(shù),。

(5)微小模塑型CSP,。微小模塑型CSP是由日本三菱電機(jī)公司研制開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種新型封裝形式。它主要由IC芯片,、模塑的樹(shù)脂和凸點(diǎn)等構(gòu)成,。芯片上的焊區(qū)通過(guò)在芯片上的金屬布線與凸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)互連，整個(gè)芯片澆鑄在樹(shù)脂上,，只留下外部觸點(diǎn),。這種結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)很高的引腳數(shù)，有利于提高芯片的電學(xué)性能,、減少封裝尺寸,、提高可靠性，完全可以滿足儲(chǔ)存器,、高頻器件和邏輯器件的高I／O數(shù)需求,。同時(shí)由于它無(wú)引線框架和焊絲等，體積特別小,，提高了封裝效率,。基本結(jié)構(gòu)如圖5所示,，凸點(diǎn)斷面圖形如圖6所示,。

微小模塑型CSP的制作工藝：首先在LSI芯片上制作連接焊區(qū)和外引腳的金屬布線圖形，制出Pb-Sn焊料浸潤(rùn)性良好的底層金屬,，制出聚酰亞胺緩沖層,，在聚酰亞胺開(kāi)口區(qū)域采用蒸發(fā)光刻方法形成Pb-Sn層；然后,，將上述經(jīng)過(guò)再布線的芯片到裝焊在易于移植金凸點(diǎn)的框架上,，使之于芯片焊區(qū)一一對(duì)應(yīng)，加熱加壓,，Pb-Sn熔化后就使框架上的金屬凸點(diǎn)(一般為Cu)移植到芯片上,；最后，模塑封裝,，脫模去除毛刺,，形成外電極焊球,。 (6)圓片級(jí)CSP。圓片級(jí)CSP封裝(Wafer一Level Package)由ChipScale公司開(kāi)發(fā)的此類封裝見(jiàn)圖5,。它是在圓片前道工序完成后,，直接對(duì)圓片利用半導(dǎo)體工藝進(jìn)行后續(xù)組件封裝，利用劃片槽構(gòu)造周邊互連,，再切割分離成單個(gè)器件,。WLP主要包括兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)即再分布技術(shù)和凸焊點(diǎn)制作技術(shù)。它有以下特點(diǎn)：①相當(dāng)于裸片大小的小型組件(在最后工序切割分片),；②以圓片為單位的加工成本(圓片成本率同步成本),；③加工精度高(由于圓片的平坦性、精度的穩(wěn)定性),。圓片級(jí)CSP的局部結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示,。

與其他各類CSP相比，圓片級(jí)CSP只是在IC工藝線上增加了重布線和凸點(diǎn)制作兩部分,，并使用了兩層BCB和PI作為介質(zhì)和保護(hù)層,，所使用的工藝仍是傳統(tǒng)的金屬淀積、光刻,、蝕刻技術(shù),，最后也無(wú)需模塑或底部下填充其他材料。圓片級(jí)CSP從晶圓片開(kāi)始到做出器件,，整個(gè)工藝流程一起完成,，并可利用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)SMT設(shè)備，生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)的組織可以做到最優(yōu)化,；硅加工工藝和封裝測(cè)試可以在硅片生產(chǎn)線上進(jìn)行而不必把晶圓送到別的地方去進(jìn)行封裝測(cè)試,；測(cè)試可以在切割CSP封裝產(chǎn)品之前一次完成，因而節(jié)省了測(cè)試的開(kāi)支,?？傊琖LP成為未來(lái)CSP的主流已是大勢(shì)所驅(qū),。

除以上列舉的幾類封裝結(jié)構(gòu)外,，還有許多符合CSP定義的封裝結(jié)構(gòu)形式這里就不再贅述。

4 開(kāi)發(fā)CSP產(chǎn)品需要解決的技術(shù)問(wèn)題

4．1 CSP產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題

CSP是近幾年才出現(xiàn)的一種集成電路的封裝形式,，目前已有上百種CSP產(chǎn)品,，并且還在不斷出現(xiàn)一些新的品種,。盡管如此,，CSP技術(shù)還是處于發(fā)展的初期階段，因此還沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),。不同的廠家生產(chǎn)不同的CSP產(chǎn)品,。一些公司在推出自己的產(chǎn)品時(shí),，也推出了自己的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。這些都嚴(yán)重的制約了CSP研發(fā)及市場(chǎng)推廣,。目前,，我國(guó)乃至全球CSP產(chǎn)品迫切需要在外型尺寸、電特性參數(shù)和引腳面積等方面標(biāo)準(zhǔn)化,，有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),，設(shè)計(jì)人員不必進(jìn)行個(gè)體設(shè)計(jì)，大大縮短產(chǎn)品推向市場(chǎng)的時(shí)間,，節(jié)約了成本,。

4．2 CSP產(chǎn)品的封裝技術(shù)問(wèn)題

在CSP中，集成電路芯片焊盤與封裝基片焊盤的連接方式主要有3種：倒裝片鍵合,、TAB鍵合,、引線鍵合，因此,，開(kāi)發(fā)CSP產(chǎn)品需要開(kāi)發(fā)的封裝技術(shù)就可以分為3類,。

4．2．1 開(kāi)發(fā)倒裝片鍵合CSP產(chǎn)品需要開(kāi)發(fā)的封裝技術(shù)

(1)二次布線技術(shù)。二次布線,，就是把IC的周邊焊盤再分布成間距為200 um米左右的陣列焊盤,。在對(duì)芯片焊盤進(jìn)行再分布時(shí)，同時(shí)也形成了再分布焊盤的電鍍通道,。

(2)凸點(diǎn)形成(電鍍金凸點(diǎn)或焊料凸點(diǎn))技術(shù),。在再分布的芯片焊盤上形成凸點(diǎn)。

(3)倒裝片鍵合技術(shù),。把帶有凸點(diǎn)的芯片面朝下鍵合在基片上,。

(4)包封技術(shù)。包封時(shí),，由于包封的材料厚度薄,，空洞、裂紋的存在會(huì)更嚴(yán)重地影響電路的可靠性,。因此,，在包封時(shí)要減少甚至避免孔洞、裂紋的出現(xiàn),。另外,，還要提高材料的抗水汽滲透能力。因此,，在CSP產(chǎn)品的包封中,，不僅要提高包封技術(shù)，還要使用性能更好的包封材料,。

(5)焊球安裝技術(shù),。在基片下面安裝焊球,。

4．2．2 開(kāi)發(fā)引線鍵合CSP產(chǎn)品需要開(kāi)發(fā)的封裝技術(shù)

目前，有不少的CSP產(chǎn)品(40％左右)是使用引線鍵合技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片焊盤和封裝外殼引出焊盤間的連接的,。開(kāi)發(fā)引線鍵合CSP產(chǎn)品需要開(kāi)發(fā)如下一些封裝技術(shù),。

(a)短引線鍵合技術(shù)。在基片封裝CSP中,，封裝基片比芯片尺寸稍大(大l mm左右),；在引線框架CSP中，引線框架的鍵合焊盤伸到了芯片上面,，在鍵合時(shí),，鍵合線都很短，而且弧線很低,。而在鍵合引線很短時(shí),，鍵合引線的弧線控制很困難。

(b)包封技術(shù),。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(guān)技術(shù)問(wèn)題，還要解決包封的沖絲問(wèn)題,。

(c)焊球安裝技術(shù),。

4．2．3 開(kāi)發(fā)TAB鍵合CSP產(chǎn)品需要開(kāi)發(fā)的封裝技術(shù)

(a)TAB鍵合技術(shù)；

(b)包封技術(shù),；

(c)焊球安裝技術(shù),。

4．2．4 開(kāi)發(fā)圓片級(jí)CSP產(chǎn)品需要開(kāi)發(fā)的新技術(shù)

(a)二次布線技術(shù)；

(b)焊球制作技術(shù),；

(c)包封技術(shù),；

(d)圓片級(jí)測(cè)試和篩選技術(shù)；

(e)圓片劃片技術(shù),。

4．3 與CSP產(chǎn)品相關(guān)的材料問(wèn)題

4.3.1 CSP產(chǎn)品的封裝基片

在CSP產(chǎn)品的封裝中,，需要使用高密度多層布線的柔性基片、層壓樹(shù)脂基片,、陶瓷基片,。這些基片的制造難度相當(dāng)大。要生產(chǎn)這類基片,，需要開(kāi)發(fā)相關(guān)的技術(shù),。同時(shí)，為了保證CSP產(chǎn)品的長(zhǎng)期可靠性,，在選擇材料或開(kāi)發(fā)新材料時(shí),，還要考慮到這些材料的熱膨脹系數(shù)應(yīng)與硅片的相匹配。

4.3.2 包封材料

由于CSP產(chǎn)品的尺寸小,，在產(chǎn)品中,，包封材料在各處的厚度都小,。為了避免在惡劣環(huán)境下失效,，包封材料的氣密性或與被包封的各種材料的黏附性必須良好,；有好的抗潮氣穿透能力，與硅片的熱膨脹匹配,；以及一些其它的相關(guān)性能,。

4．4 CSP的價(jià)格問(wèn)題

CSP產(chǎn)品的價(jià)格也是一個(gè)重要的問(wèn)題。目前,，CSP產(chǎn)品的價(jià)格都比較貴,，是一般產(chǎn)品的1倍以上。為了降低價(jià)格,，需要開(kāi)發(fā)一些新工藝,、新技術(shù)、新材料,，以降低制造成本,，從而降低CSP的價(jià)格。

4．5 組裝CSP產(chǎn)品的印制板問(wèn)題

組裝CSP產(chǎn)品的印制板,，其制造難度是相當(dāng)大的,，它不僅需要技術(shù)，而且需要經(jīng)驗(yàn),，還要使用新材料,。目前，世界上只有為數(shù)不多的幾個(gè)廠家可以制造這類印制板,。主要困難在于：布線的線條窄,，間距窄，還要制作一定數(shù)量的通孔,，表面的平整性要求也較高,。在選擇材料時(shí)還要考慮到熱膨脹性能。

4．6 CSP產(chǎn)品的市場(chǎng)問(wèn)題

CSP技術(shù)剛形成時(shí)產(chǎn)量很小,，1998年才進(jìn)入批量生產(chǎn),，但近兩年的發(fā)展勢(shì)頭則今非昔比，2002年的銷售收入已達(dá)10．95億美元,，占到IC市場(chǎng)的5％左右,。國(guó)外權(quán)威機(jī)構(gòu)"Electronic Trend Publications"預(yù)測(cè)，全球CSP的市場(chǎng)需求量2003年為64．81億枚,，2004年為88．7l億枚,，2005年突破了百億枚大關(guān)，達(dá)103．73億枚,，2006年更可望增加到126．71億枚,。尤其在存儲(chǔ)器方面應(yīng)用更快,，預(yù)計(jì)年增長(zhǎng)幅度將高達(dá)54．9％。目前,，國(guó)內(nèi)的CSP市場(chǎng)完全被外國(guó)公司和外資企業(yè)控制,，國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品要進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)也是相當(dāng)困難的。要進(jìn)入CSP市場(chǎng),，首先是要開(kāi)發(fā)出適銷對(duì)路的產(chǎn)品,，其次是要提高和保持產(chǎn)品的質(zhì)量，還須供貨及時(shí),，且價(jià)格要低,。

5 關(guān)于開(kāi)發(fā)我國(guó)CSP技術(shù)的幾點(diǎn)建議

CSP技術(shù)是為產(chǎn)品的更新?lián)Q代提出來(lái)的，該技術(shù)一開(kāi)發(fā)成功,，即用于產(chǎn)品中,。經(jīng)過(guò)短短幾年，已成為集成電路重要的封裝技術(shù)之一,。而且,，該技術(shù)還在迅速發(fā)展。近幾年,，CSP產(chǎn)品的產(chǎn)量增長(zhǎng)很快,，預(yù)計(jì)在今后的幾年，還將高速增長(zhǎng),。目前的PC市場(chǎng)容量達(dá)1000億只,，CSP產(chǎn)品僅占IC市場(chǎng)的1／20。隨著CSP技術(shù)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā),，會(huì)越來(lái)越多地取代其它產(chǎn)品而占領(lǐng)更多的市場(chǎng)份額,。

在我國(guó)，CSP的市場(chǎng)(手機(jī),、掌上電腦,、薄型電腦等等)很大。但是,，這個(gè)市場(chǎng)目前完全被外資公司占據(jù),。隨著CSP產(chǎn)品應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，市場(chǎng)還將增大,。因此急需開(kāi)發(fā)我們自己的CSP技術(shù),，以便在該市場(chǎng)上占有一席之地。但是,，開(kāi)發(fā)CSP技術(shù),，困難很多，它涉及的范圍廣、技術(shù)難度大,。因此,，要開(kāi)發(fā)CSP技術(shù)，需要有多家單位協(xié)同作戰(zhàn),，同時(shí)須獲得多方面資金的支持,。為此，作者有如下幾點(diǎn)建議：

(1)充分發(fā)揮行業(yè)協(xié)會(huì)的作用

CSP技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù),，涉及封裝材料,、封裝工藝,、應(yīng)用材料,、應(yīng)用工藝等，為了完成CSP技術(shù)的開(kāi)發(fā),，需要材料研究,、材料制造、封裝研究,、CSP產(chǎn)品應(yīng)用,、印制板制造等相關(guān)機(jī)構(gòu)的協(xié)同努力。為了協(xié)調(diào)這些機(jī)構(gòu)的開(kāi)發(fā)研究工作,，需要充分發(fā)揮行業(yè)協(xié)會(huì)領(lǐng)導(dǎo),、推動(dòng)、協(xié)調(diào),、督查的作用,，以期加快CSP的開(kāi)發(fā)研究和推廣應(yīng)用，使我國(guó)CSP產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和能力得到迅速提高,，從而可生產(chǎn)出高質(zhì)量,、高可靠性的CSP產(chǎn)品，滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)及軍事方面的應(yīng)用,。

(2)建立CSP技術(shù)重點(diǎn)研究室

為了開(kāi)發(fā)CSP技術(shù),，可建立一定數(shù)量的CSP技術(shù)研究室，如：模塑包封材料研究室,、柔性基片材料研究室,、高密度樹(shù)脂基片研究室、高密度多層布線陶瓷基片研究室,、CSP產(chǎn)品封裝研究室,、高密度印制板研究室、CSP產(chǎn)品組裝研究室,、CSP標(biāo)準(zhǔn)化研究室,、CSP產(chǎn)品可靠性研究室等。而且，一種類型的研究室應(yīng)有兩個(gè)以上,，以使研究室之間互相競(jìng)爭(zhēng)和互相促進(jìn),，從而可保證和加快CSP技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

(3)需要國(guó)家投入足夠的資金

CSP技術(shù),，是一項(xiàng)具有一定難度的高新技術(shù),。其中部分技術(shù)我們已有，但需要提高,；而有些技術(shù)我們目前還沒(méi)有,，需要開(kāi)發(fā)。要實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)的開(kāi)發(fā),，需購(gòu)買先進(jìn)的設(shè)備,，而這些設(shè)備價(jià)格均較高，且在開(kāi)發(fā)中,，需要投入一定的人力和物力,；根據(jù)國(guó)情，如將所有資金均由開(kāi)發(fā)單位承擔(dān),，目前還不現(xiàn)實(shí),，因此需要國(guó)家投入專項(xiàng)資金，以扶持CSP技術(shù)的開(kāi)發(fā),。

(4)選擇合適的CSP研究品種

由于CSP的封裝種類多,、工藝也多，每一種封裝工藝都開(kāi)發(fā)現(xiàn)在還不可能,，也沒(méi)有必要,。要選擇 由易到難且具有代表性的品種逐步漸進(jìn)地開(kāi)發(fā)。

6 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的集成電路封裝,，從上世紀(jì)60年代末期到現(xiàn)在,，經(jīng)歷了金屬圓管殼→扁平陶瓷管殼→雙列陶瓷管殼、雙列塑封→陶瓷QFP管殼,、塑料QFP→陶瓷,、塑料LCC→陶瓷PGA管殼的封裝，目前正在進(jìn)入BGA,、U BGA,、CSP的封裝階段。從集成電路的金屬圓管殼封裝技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用開(kāi)始,，我國(guó)的封裝技術(shù)人員就付出了辛勤的勞動(dòng),，使我國(guó)的封裝技術(shù)達(dá)到了目前的水平。但是封裝技術(shù)的進(jìn)步,，除了封裝技術(shù)人員的努力外,，更需要國(guó)家在各方面的大力支持。

1 引言

富士通公司已開(kāi)發(fā)的商標(biāo)為超級(jí)CSP的芯片尺寸封裝，提供了優(yōu)于傳統(tǒng)封裝的很多優(yōu)點(diǎn),。超級(jí)CSP采用傳遞模塑技術(shù)工藝,，把晶圓片表面完全密封在密封劑中，然而,，該封裝工藝允許工程師裝配芯片上任意部位暴露的電極,。超級(jí)CSP封裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了具有與那些封裝芯片實(shí)質(zhì)上同樣的外部尺寸的CSP封裝裝配技術(shù),。

2 超級(jí)CSP結(jié)構(gòu)與封裝工藝過(guò)程

圖1示出了超級(jí)CSP的封裝的照片,，該封裝具有48個(gè)焊球，焊球間距為0.75mm,，體尺寸為6.8mm×6.9mm,，最大高度為1.0mm，圖2示出了該封裝的斷面圖和層結(jié)構(gòu),。在制作超級(jí)CSP封裝中涉及到的工藝過(guò)程如圖3所示,。晶圓片上的周邊焊盤在光平板印刷電鍍后,，真正的陣列圖案要重新安置,。接著，在晶圓上制作大約100μm高的金屬端子,。采用新的密封方法把整個(gè)晶圓表面密封后,，使用晶圓級(jí)封裝技術(shù)制作與芯片同樣尺寸的封裝，此方法涉及到通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的劃片工藝把晶圓分為單個(gè)的半導(dǎo)體封裝,。

2.1 再分布軌跡與金屬端子成形

端子成形和焊盤重新配置的第一步,，就是在器件晶圓上聚酰亞胺涂層膜的成形。此涂層是防止模塑壓力和應(yīng)力緩沖區(qū),，這也提高了晶圓與密封劑間的黏附特性,。

下一步，使用濺射把薄金屬安裝到晶圓表面上,，此膜是由黏附金屬層和導(dǎo)電層（通常為銅）構(gòu)成,，這些薄金屬膜是改線工藝和金屬端子成型工藝中采用的電鍍基體。在薄型金屬膜表面上形成圖案阻擋層,。通過(guò)電解鍍制作再分布軌跡,。完成這些工藝后，再形成阻擋層,，并利用電解鍍形成端子,，把濺射膜進(jìn)行蝕刻并完成后成形工藝。

2.2 密封晶圓片

把模塑模分為兩部分,，上薄和下膜,。如圖4所示，下模有內(nèi)外模組成，把這些模塑模加熱到近似于175℃,，并通過(guò)真空板臨時(shí)膜緊貼到上模,。把其上形成端子的晶圓片置于下模的內(nèi)模上，并把密封劑壓板放在有金屬端子晶圓片的中心部位,，臨時(shí)膜具有3種功能,，即：

防止密封劑與上模接觸，把模塑壓力分配到整個(gè)晶圓片的表面上,；在下一階段使所有端子頂部露出,。

當(dāng)夾緊模塑模時(shí)，通過(guò)提供熱和壓力使密封劑壓力熔化,。密封劑分布于整個(gè)晶圓片表面,，并通過(guò)向內(nèi)拉緊模塑模而硬化，即使密封劑脫離脫模劑并具有極高的黏附力,，能容易地使密封的晶圓片脫模,，這是因?yàn)橹挥心Ｋ苣５闹苓叢糠峙c密封劑接觸，這樣就得到了有臨時(shí)膜的密封晶圓片,。

2.3 剝?nèi)ヅR時(shí)膜

在此工藝中把臨時(shí)膜從密封的晶圓片上剝?nèi)?。偶爾，密封工藝階段在端子的頂部與臨時(shí)膜間的界面處,，存在密封劑薄膜,，焊球裝配工藝后，采用規(guī)則的劃片技術(shù)把密封的晶圓片分離,。使用這些工藝過(guò)程,。制造出與保護(hù)的芯片一樣大小的超級(jí)CSP產(chǎn)品。

3 超級(jí)CSP封裝密封劑及密封工藝

通常,，密封劑是由具有優(yōu)良的塑流特性的聯(lián)二苯環(huán)氧樹(shù)脂組成,，這樣的密封劑在1989年作為制造4MbitDRAM而引入，自此,，隨著高密度填充物添加技術(shù)的先進(jìn)性,，人們研發(fā)了含有大約90%質(zhì)量的硅填充物，具有高度可填充和塑流性材料,，含有大約90%質(zhì)量的硅填充物密封劑的CTE接近于硅的狀況,，這使得在此密封劑中使用彈性體、柔性增強(qiáng)劑是不必要的,。直到對(duì)此有要求,。因此，由于使用的有機(jī)元素絕對(duì)量的減少,，密封劑易燃性較低,，那么,，抗易燃性元素的采用顯得不必要，而在過(guò)去是必要的,，BGA超級(jí)模塑面陣列封裝（SMAAP）的出現(xiàn),，能夠使制造者改進(jìn)密封工藝方法，采用超級(jí)模塑陣列封裝,，消除了使用脫模劑,，這在傳遞模塑技術(shù)中絕對(duì)需要的，這些新的密封材料因此具有比較早期材料更簡(jiǎn)單的成分,，同時(shí),，為芯片提供更好的保護(hù)，超級(jí)CSP的解決方法遵從同樣的途徑,，涉及簡(jiǎn)單的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)結(jié)構(gòu),，在別的封裝中使用的很多成分，在超級(jí)CSP材料中是不需要的,。例如,，超級(jí)CSP不使用插件。這表明它比使用插件的傳統(tǒng)封裝要求工作階段較少,，并形成較少的邊界,。表明較低的生產(chǎn)成本和出現(xiàn)有缺陷產(chǎn)品的可能性較少。 超級(jí)CSP還具有別的優(yōu)點(diǎn),，雖然用戶能夠采用傳統(tǒng)的表面安裝技術(shù)裝配超級(jí)CSP,，但是作為面陣列封裝，超級(jí)CSP不要求下填充樹(shù)脂,。超級(jí)CSP產(chǎn)生于2個(gè)關(guān)鍵技術(shù)工藝的研發(fā)，其一,，晶圓片上表面密封工藝技術(shù),，包括金屬端子，把這些金屬端子的頂部裸露,，進(jìn)行徹底密封,。其二，是合適的密封劑研發(fā),。

根據(jù)封裝尺寸,，傳統(tǒng)的模塑封裝需要不同的模塑模，要求制造商制作與封裝尺寸一樣多的模塑模,。這使傳統(tǒng)的模塑技術(shù)沒(méi)有通常使用的液態(tài)密封技術(shù)方便,，然而，超級(jí)CSP克服了這一缺陷,，采用超級(jí)CSP技術(shù),，密封劑覆蓋整個(gè)晶圓面積,，應(yīng)用于φ150、φ200,、φ300mm的標(biāo)準(zhǔn)晶圓尺寸,，因此超級(jí)CSP的用戶不需要準(zhǔn)確很多不同類型的模塑模。像由超級(jí)CSP使用的模塑成形密封劑是一種優(yōu)良的密封工藝,，原因在于幾個(gè)方面,，例如，模塑成型密封劑法提供的在高溫和高壓的狀況,，各種材料的塑流及硬化法,，這意味著模塑成形密封法允許使用具有極高黏度的密封劑，包括在室溫狀況為固態(tài)的各種材料,。

表1示出了采用液態(tài)樹(shù)脂和傳遞模塑方法的滴涂法密封的DIP42 I/O管腳,，間距1.27mm封裝的可靠性試驗(yàn)結(jié)果范例，用于評(píng)定的液態(tài)樹(shù)脂由a,、b,、c3個(gè)公司提供。如表1所示,，通過(guò)傳遞模塑方法密封的密封式芯片特別堅(jiān)固且可靠,，相比較，在室溫和標(biāo)準(zhǔn)壓力狀況下,，滴涂方法使用流動(dòng)的各種材料,，其形成了沒(méi)有傳遞模塑方法密封式堅(jiān)固的封裝形式。再者,，在傳遞模塑方法中,，硬化現(xiàn)象發(fā)生于高壓狀況之下，迫使密封劑與聚酰亞胺接觸,。在芯片和密封劑間,，形成良好的界面。在新的密封技術(shù)工藝研發(fā)的早期,，已探討了使用傳統(tǒng)傳遞模塑工藝技術(shù)的可能性,，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)厚度小于100μm，大于φ200mm的填充空腔空間的合適的密封劑,，在密封劑上設(shè)法安裝20 000個(gè)端子,，密封劑的厚度為100μm或比要求有增強(qiáng)型黏附性的密封劑更薄。

這意味著從用于傳遞模塑的高可靠密封劑中釋放出脫模劑,，超級(jí)CSP密封工藝方法,，基本上由傳遞模塑過(guò)程和壓縮模塑過(guò)程構(gòu)成，顯現(xiàn)為解決這些問(wèn)題能夠形成一層既薄又可靠的密封劑,。

4 密封結(jié)構(gòu)對(duì)可靠性的影響

評(píng)定了該封裝,，并對(duì)裝配可靠性進(jìn)行了試驗(yàn),，采用球柵陣列封裝（45個(gè)焊球，間距為0.75mm）履行該封裝評(píng)定,。設(shè)計(jì)兩種焊盤柵陣列封裝的試驗(yàn),。表2示出了用于評(píng)定封裝的技術(shù)參數(shù)，封裝體尺寸為4.5mm×9.00mm,，單個(gè)封裝元件通過(guò)溫度循環(huán),、壓力鍋蒸煮試驗(yàn)、高溫暴光試驗(yàn)和表3所示的濕敏性試驗(yàn),，再者,，有關(guān)板級(jí)可靠性試驗(yàn)，安裝在板上的封裝通過(guò)溫度循環(huán)試驗(yàn),、壓力鍋蒸煮試驗(yàn),，彎曲試驗(yàn)和自由落體試驗(yàn)，提供的可靠性如表4所示,，盡管凸點(diǎn)支座的典型數(shù)值極低,，還是不得不注意到?jīng)]有失效現(xiàn)象發(fā)生。

以上表明了焊接互連的熱疲勞壽命與凸點(diǎn)支座的平方成正比,，至少與考慮塑料變形有關(guān),，把有同樣技術(shù)規(guī)范（I/O數(shù)45，間距0.75mm,，到中點(diǎn)距離=3.23mm）的芯片直接安裝到木板上而不需要下填充樹(shù)脂,。若凸點(diǎn)支座高度不超過(guò)400μm，在第一次失效時(shí)循環(huán)數(shù)不大于1000個(gè),，即使適度的T/C試驗(yàn)條件為-40℃-125℃,。

為什么超級(jí)CSP的板級(jí)可靠性試驗(yàn)結(jié)果是良好的，而不考慮極低的凹點(diǎn)支座高度,？原因可能是：

（1）超級(jí)CSP封裝密封劑的CTE接近于母板的CTE,，因而該密封層有效地降低了在焊料互連部分發(fā)生的應(yīng)力。

（2）具有高黏附強(qiáng)度的密封劑增強(qiáng)并固定芯片和端子精密的互連部分,，并且也不允許其變形。

（3）焊球和端子的連接部分具有堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)并能夠承受應(yīng)力,，因?yàn)楹盖蛘加姓麄€(gè)金屬端子的表面,，從密封劑突起并擁有堆形結(jié)構(gòu)。

通常,，插件起著放松由于芯片和母板不匹配產(chǎn)生應(yīng)力的重要作用,，圖5示出了IC封裝端面圖結(jié)構(gòu)的照片，在此封裝中IC芯片通過(guò)直接粘接技術(shù)與插件形成互連,。插件是由FR-4基板芯構(gòu)成的有機(jī)基板,，并構(gòu)成了作為表面層,。插件的CTE幾乎與母板一樣，因?yàn)樾倔w的主要成分是由玻璃纖維編織而成且具有低CTE的環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃布的化合物,。IC封裝裝配方法的特點(diǎn)是把先前準(zhǔn)備的插件通過(guò)DCA方法與芯片互連,。圖6示出了超級(jí)CSP分成兩組的斷面圖。有助于人們理解,，上部分示出了有電極的正規(guī)芯片,，下部分示出了"插件"。通過(guò)金屬端子通路把在密封劑上形成的改線軌跡與焊球進(jìn)行電連接,，圖7示出了超級(jí)CSP斷面圖結(jié)構(gòu)的照片,，在密封劑部分可觀察到精細(xì)硅填充物，通過(guò)調(diào)整填充物含量,，人們可以確定密封劑的CTE,，從而靈活地降低在焊料互連部分出現(xiàn)的應(yīng)力，硅填充物具有插件中存在的玻璃纖維同樣的功能（=CTE匹配）,。

金屬端子的頂部具有像彎曲表面一樣的堆形結(jié)構(gòu),，并從密封劑表面突出。完成超級(jí)CSP的密封技術(shù)工藝,。

金屬端子的頂部表面貼上臨時(shí)膜,，這具有足夠的柔性和厚度，結(jié)果,，通過(guò)剝?nèi)ヅR時(shí)膜,，移去頂部表面附近的密封劑。脫模后,，把臨時(shí)膜從密封式晶圓片上剝掉,，具有堆狀結(jié)構(gòu)的表面暴露出來(lái)，并且從密封劑突出,，把焊球緊緊地連接到端子的整個(gè)頂部,，如圖8（a）所示，可推斷出,，這樣的互連結(jié)構(gòu)比如圖8（a）所示的把平面焊盤連接到焊球的BGA普遍結(jié)構(gòu)更牢固,，相信超級(jí)CSP對(duì)具有大的DNP和細(xì)終端間距及多I/O管腳的器件而言，肯定是有效的選擇,，這類器件沒(méi)有凸點(diǎn)支座充足的高度和焊料的連接的面積,。

5 超級(jí)CSP與密封式芯片（ED）的發(fā)展

不管芯片尺寸如何，業(yè)界的一個(gè)目標(biāo)就是創(chuàng)造匹配芯片尺寸的CSP,，這就是所謂的任意尺寸型CSP,，因?yàn)樗械某叽缍疾皇菢?biāo)準(zhǔn)的，超級(jí)CSP接近獲得了這一目標(biāo),，通過(guò)劃片分離密封式晶圓片,，生產(chǎn)出真正的芯片尺寸封裝,，并且通過(guò)改變劃片機(jī)的數(shù)值設(shè)置，可生產(chǎn)出任意的芯片尺寸,。

然而,，為了完全滿足任意尺寸型CSP的要求，必須要解決兩個(gè)問(wèn)題即：裝配廠家必須提供任意尺寸型的CSP和必須制定各種封裝的標(biāo)準(zhǔn),，采用超級(jí)CSP的裝配廠家要適合于所謂的通用體系,，標(biāo)準(zhǔn)的晶圓尺寸為φ150、φ200,、φ300mm,，因此，對(duì)于適應(yīng)超級(jí)CSP的工廠不需要做什么,，因已推薦了超級(jí)CSP的實(shí)驗(yàn)和裝運(yùn)材料用的各種標(biāo)準(zhǔn),，在晶圓級(jí)狀況下，要求工作尺寸和終端布局的標(biāo)準(zhǔn),，而不要求封裝外部的標(biāo)準(zhǔn),，業(yè)界預(yù)計(jì)到制定任意尺寸型CSP實(shí)驗(yàn)和裝配材料標(biāo)準(zhǔn)方面存在的一些困難，然而,，具有晶圓加工基礎(chǔ)設(shè)施的廠家,，劃片和粘片基礎(chǔ)設(shè)施將適合于生產(chǎn)超級(jí)CSP，人們計(jì)劃密封式芯片觀念,，至今為止,，CSP已回應(yīng)了對(duì)較小封裝的需求，在現(xiàn)存的各類封裝中,，大部分CSP包括一個(gè)插件,，然而，當(dāng)封裝尺寸接近芯片尺寸時(shí),，插件的重要性出現(xiàn)了問(wèn)題,，問(wèn)題在于CSP中是否插件是必須的。超級(jí)CSP不包含插件,，它是真實(shí)的密封式芯片,，對(duì)封裝要求的首要功能就是保護(hù)有密封劑的芯片，并提供有安裝版的CTE匹配狀況,。