
长电 科技 是全球领先的集成电路制造和技术服务提供商,提供全方位的芯片成品制造一站式服务,包括集成电路的系统集成、设计仿真、技术开发、产品认证、晶圆中测、晶圆级中道封装测试、系统级封装测试、芯片成品测试并可向世界各地的半导体客户提供直运服务。
通过高集成度的晶圆级(WLP)、2.5D/3D、系统级(SiP)封装技术和高性能的倒装芯片和引线互联封装技术,长电 科技 的产品、服务和技术涵盖了主流集成电路系统应用,包括网络通讯、移动终端、高性能计算、车载电子、大数据存储、人工智能与物联网、工业智造等领域。长电 科技 在全球拥有23000多名员工,在中国、韩国和新加坡设有六大生产基地和两大研发中心,在逾22个国家和地区设有业务机构,可与全球客户进行紧密的技术合作并提供高效的产业链支持。
随着市场对便携式移动数据访问设备的需求快速增长,市场对功能融合和封装复杂性的要求也在提升。同时对更高集成度,更好电气性能、更低时延,以及更短垂直互连的要求,正在迫使封装技术从 2D 封装向更先进的 2.5D 和 3D 封装设计转变。为了满足这些需求,各种类型的堆叠集成技术被用于将多个具有不同功能的芯片集中到越来越小的尺寸中。
长电 科技 积极推动传统封装技术的突破,率先在晶圆级封装、倒装芯片互连、硅通孔(TSV)等领域中采用多种创新集成技术,以开发差异化的解决方案,帮助客户在其服务的市场中取得成功。
3D 集成技术正在三个领域向前推进:封装级集成、晶圆级集成和硅级集成。
• 封装级集成
利用常规的焊线或倒装芯片工艺进行堆叠和互连,以构建传统的堆叠芯片和堆叠封装结构,包括:
堆叠芯片 (SD) 封装 ,通常在一个标准封装中使用焊线和倒装芯片连接,对裸片进行堆叠和互连。配置包括 FBGA-SD、FLGA-SD、PBGA-SD、QFP-SD 和 TSOP-SD。
层叠封装(PoP) ,通常对经过全面测试的存储器和逻辑封装进行堆叠,消除已知合格芯片 (KGD) 问题,并提供了组合 IC 技术方面的灵活度。倒装芯片 PoP 选项包括裸片 PoP、模塑激光 PoP 和裸片模塑激光 PoP 配置 (PoP-MLP-ED)。
封装内封装 (PiP) ,封装内封装 (PiP) 通常将已封装芯片和裸片堆叠到一个 JEDEC 标准 FBGA 中。经过预先测试的内部堆叠模块 (ISM) 接点栅格阵列 (LGA) 和 BGA 或已知/已探测合格芯片 (KGD),通过线焊进行堆叠和互连,然后模塑形成一个与常规FBGA封装相似的 CSP。
3D 晶圆级集成 (WLP) 使用再分布层和凸块工艺来形成互连。晶圆级集成技术涵盖创新的扇入(FIWLP) 和扇出 (FOWLP) 选项,包括:
嵌入式晶圆级 BGA(eWLB) - 作为一种多功能的扇出型嵌入式晶圆级 BGA 平台,eWLB 灵活的重建制造工艺可以降低基板的复杂性和成本,同时在一系列可靠、低损耗的 2D、2.5D 和 3D 解决方案中实现高性能、小尺寸和非常密集的互连。长电 科技 的 3D eWLB-SiP 和 eWLB-PoP 解决方案包括多个嵌入式无源和有源元器件,提供面对背、面对面选项,以及单面、1.5 面、双面超薄 PoP 配置。对于需要全 3D 集成的应用,长电 科技 的面对面 eWLB PoP 配置通过 eWLB 模塑层,在应用处理器和存储器芯片之间提供直接的垂直互连,以实现高带宽、极细间距的结构,其性能不逊色于 TSV 技术。
包封 WLCSP (eWLCSP ) - 一种创新的 FIWLP 封装,采用扇出型工艺,也称为 FlexLine 方法,来构建这种创新、可靠的包封 WLCSP 封装。
WLCSP - 标准晶圆级 CSP 封装。随着各种工艺技术的发展,例如低固化温度聚合物、将铜材料用于凸块下金属化 (UBM) 和 RDL,我们可以实现更高的密度,提高 WLCSP 封装的可靠性。
在真正的 3D IC 设计中,目标是将一个芯片贴合在另一个芯片上,两者之间没有任何间隔(无中介层或基材)。目前,“接近 3D”的集成通常也称为 2.5D 集成,其实现方法是使用薄的无源中介层中的硅通孔 (TSV),在封装内部连接芯片。芯片之间的通信通过中介层上的电路进行。FOWLP 工艺还可以产生一种被称为2.5D eWLB的创新过渡技术,在这种技术中,使用薄膜扇出型结构来实现高密度互连。长电 科技 的硅级集成产品组合包括:
2.5D / 扩展 eWLB - 长电 科技 基于 eWLB 的中介层可在成熟的低损耗封装结构中实现高密度互连,提供更高效的散热和更快的处理速度。3D eWLB 互连(包括硅分割)是通过独特的面对面键合方式实现,无需成本更高的 TSV 互连,同时还能实现高带宽的 3D 集成。基于 eWLB 的中介层简化了材料供应链,降低了整体成本,为客户提供了一个强大的技术平台和路径,帮助客户将器件过渡到更先进的 2.5D 和 3D 封装。
MEOL集成的2.5D封装 - 作为首批在2.5D 封装领域拥有成熟 MEOL TSV 集成经验的 OSAT 之一,长电 科技 在这个新兴互连技术领域扮演着重要角色,专注于开发经济高效的高产量制造能力,让 TSV 成为具有商业可行性的解决方案。长电 科技 还与众多的客户、研究机构和领先代工厂开展协作,为集成式 3D 封装解决方案开发有效的商业模式。
2.5/3D集成技术圆片级与扇出封装技术系统级封装技术倒装封装技术焊线封装技术MEMS与传感器
长电 科技 为以下封装选项提供晶圆级技术:
• eWLB(嵌入式晶圆级球栅阵列)
• eWLCSP(包封晶圆级芯片尺寸封装)
• WLCSP(晶圆级芯片尺寸封装)
• IPD(集成无源器件)
• ECP(包封芯片封装)
• RFID(射频识别)
当今的消费者正在寻找性能强大的多功能电子设备,这些设备不仅要提供前所未有的性能和速度,还要具有小巧的体积和低廉的成本。这给半导体制造商带来了复杂的技术和制造挑战,他们试图寻找新的方法,在小体积、低成本的器件中提供更出色的性能和功能。长电 科技 在提供全方位的晶圆级技术解决方案平台方面处于行业领先地位,提供的解决方案包括扇入型晶圆级封装 (FIWLP)、扇出型晶圆级封装 (FOWLP)、集成无源器件 (IPD)、硅通孔 (TSV)、包封芯片封装 (ECP)、射频识别 (RFID)。
突破性的 FlexLineTM 制造方法
我们的创新晶圆级制造方法称为 FlexLineTM 方法,为客户提供了不受晶圆直径约束的自由,同时实现了传统制造流程无法实现的供应链简化和成本的显著降低。FlexLine 制造方法是不同于常规晶圆级制造的重大范式转变,它为扇入型和扇出型晶圆级封装提供了很高的灵活性和显著的成本节省。
FlexLine方法,为客户提供了不受晶圆直径约束的自由,同时实现了传统制造流程无法实现的供应链简化和成本的显著降低。
用于 2.5D 和 3D 集成的多功能技术平台
FlexLine方法,为客户提供了不受晶圆直径约束的自由,同时实现了传统制造流程无法实现的供应链简化和成本的显著降低。
半导体公司不断面临复杂的集成挑战,因为消费者希望他们的电子产品体积更小、速度更快、性能更高,并将更多功能集成到单部设备中。半导体封装对于解决这些挑战具有重大影响。当前和未来对于提高系统性能、增加功能、降低功耗、缩小外形尺寸的要求,需要一种被称为系统集成的先进封装方法。
系统集成可将多个集成电路 (IC) 和元器件组合到单个系统或模块化子系统中,以实现更高的性能、功能和处理速度,同时大幅降低电子器件内部的空间要求。
什么是系统级封装?
系统级封装 (SiP) 是一种功能电子系统或子系统,包括两个或更多异构半导体芯片(通常来自不同的技术节点,针对各自的功能进行优化),通常搭载无源元器件。SiP 的物理形式是模块,根据最终应用的不同,模块可以包括逻辑芯片、存储器、集成无源器件 (IPD)、射频滤波器、传感器、散热片、天线、连接器和/或电源芯片。
先进 SiP 的优势
为了满足用户提高集成度、改善电气性能、降低功耗、加快速度、缩小器件尺寸的需求,以下几大优势促使业界转向先进的SiP 解决方案:
• 比独立封装的元器件更薄/更小的外形尺寸
• 提高了性能和功能集成度
• 设计灵活性
• 提供更好的电磁干扰 (EMI) 隔离
• 减少系统占用的PCB面积和复杂度
• 改善电源管理,为电池提供更多空间
• 简化 SMT 组装过程
• 经济高效的“即插即用”解决方案
• 更快的上市时间 (TTM)
• 一站式解决方案 – 从晶圆到完全测试的 SiP 模块
应用
当前,先进的 SiP 和微型模块正被应用于移动设备、物联网 (IoT)、可穿戴设备、医疗保健、工业、 汽车 、计算和通信网络等多个市场。每种先进 SiP 解决方案的复杂程度各不相同,这取决于每种应用需要的元器件的数量和功能。
以下是高级 SiP 应用的一些示例:
根据应用需求和产品复杂度,我们提供多种先进 SiP 配置,从带有多个有源和无源元件、通过倒装芯片、引线键合和SMT进行互连的传统2D 模块,到更复杂的模块,如封装内封装 (PiP)、层叠封装 (PoP)、2.5D 和 3D 集成解决方案。先进的SiP 模块配置 (2D/2.5D/3D) 针对特定终端应用进行定制,旨在充分发挥它们的潜在优势,包括性能、成本、外形尺寸和产品上市时间 (TTM)。
在倒装芯片封装中,硅芯片使用焊接凸块而非焊线直接固定在基材上,提供密集的互连,具有很高的电气性能和热性能。倒装芯片互连实现了终极的微型化,减少了封装寄生效应,并且实现了其他传统封装方法无法实现的芯片功率分配和地线分配新模式。
长电 科技 提供丰富的倒装芯片产品组合,从搭载无源元器件的大型单芯片封装,到模块和复杂的先进 3D 封装,包含多种不同的低成本创新选项。长电 科技 的丰富倒装芯片产品组合包括:
FCBGA 和 fcCSP 都使用锡球来提供第二级 (BGA) 互连。
颠覆性的低成本倒装芯片解决方案:fcCuBE
长电 科技 还提供名为“fcCuBE ”的创新低成本倒装芯片技术。fcCuBE 是一种低成本、高性能的先进倒装芯片封装技术,其特点是采用铜 (Cu) 柱凸块、引线焊接 (BOL) 互连以及其他增强型组装工艺。顾名思义,fcCuBE 就是采用铜柱、BOL 和增强工艺的倒装芯片。fcCuBE 技术适用于各种平台。自 2006 年获得首个与 fcCuBE 相关的创新 BOL 工艺专利以来,长电 科技 投入大量资金,将这一变革性技术发展成为引人注目的倒装芯片解决方案,广泛应用于从低端到高端的移动市场以及中高端消费和云计算市场的终端产品。
fcCuBE 的优势是推动来自成本敏感型市场,如移动和消费类市场,以及网络和云计算市场的客户广泛采用这种封装,因为在这些市场上,布线密度和性能的增加是必然趋势。fcCuBE 的独特 BOL 互连结构可扩展到非常细的凸块间距,实现高 I/O 吞吐量,同时缓解与应力相关的芯片与封装之间的交互作用 (CPI),而这种现象通常与无铅和铜柱凸块结构相关。这对于中高端的网络和消费类应用而言尤其重要。
长电 科技 提供全方位一站式倒装芯片服务
凭借在晶圆级封装、晶圆探针和最终测试方面的强劲实力,长电 科技 在为客户提供全方位一站式服务方面独具优势。长电 科技 提供从涉及到生产的全方位一站式倒装芯片服务,包括高速、高引脚数的数字和射频测试。
焊线形成芯片与基材、基材与基材、基材与封装之间的互连。焊线被普遍视为最经济高效和灵活的互连技术,目前用于组装绝大多数的半导体封装。
长电 科技 的多种封装方法都采用焊线互连:
铜焊线
作为金线的低成本替代品,铜线正在成为焊线封装中首选的互连材料。铜线具有与金线相近的电气特性和性能,而且电阻更低,在需要较低的焊线电阻以提高器件性能的情况下,这将是一大优势。长电 科技 可以提供各类焊线封装类型,并最大程度地节省物料成本,从而实现最具成本效益的铜焊线解决方案。
层压封装
基于层压的球栅阵列 (BGA) 互连技术最初推出的目的是满足高级半导体芯片不断增长的高引线数要求。BGA 技术的特点是将引线以小凸块或焊球的形式置于封装的底面,具有低阻抗、易于表面安装、成本相对较低和封装可靠性高等特点。长电 科技 提供全套的基于层压的 BGA 封装,包括细间距、超薄、多芯片、堆叠和热增强配置。
除了标准层压封装之外,长电 科技 还提供多种先进堆叠封装选项,包括一系列层叠封装 (PoP) 和封装内封装 (PiP) 配置。
引线框架封装
引线框架封装的特点是芯片包封在塑料模塑复合物中,金属引线包围封装周边。这种简单的低成本封装仍然是很多应用的最佳解决方案。长电 科技 提供全面的引线框架封装解决方案,从标准引线框架封装到小巧薄型热增强封装,包括方形扁平封装 (QFP)、四边/双边无引脚、扁平封装 (QFN/DFN)、薄型小外型封装 (TSOP)、小外形晶体管 (SOT)、小外形封装 (SOP)、双内联封装 (DIP)、晶体管外形 (TO)。
存储器器件
除了增值封装组装和测试服务之外,长电 科技 还提供 Micro-SD 和 SD-USB 这两种格式的存储卡封装。Micro-SD 是集成解决方案,使用 NAND 和控制器芯片,SD-USB 则是裸片和搭载 SMT 元器件的预封装芯片。长电 科技 的存储卡解决方案采用裸片级别组装、预封装芯片组装,或者两者结合的方式。
全方位服务封装设计
我们在芯片和封装设计方面与客户展开合作,提供最能满足客户对性能、质量、周期和成本要求的产品。长电 科技 的全方位服务封装设计中心可以帮助客户确定适用于复杂集成电路的最佳封装,还能够帮助客户设计最适合特定器件的封装。
2.5/3D集成技术圆片级与扇出封装技术系统级封装技术倒装封装技术焊线封装技术MEMS与传感器
MEMS and Sensors
随着消费者对能够实现传感、通信、控制应用的智能设备的需求日益增长,MEMS 和传感器因其更小的尺寸、更薄的外形和功能集成能力,正在成为一种非常关键的封装方式。MEMS 和传感器可广泛应用于通信、消费、医疗、工业和 汽车 市场的众多系统中。
传感器
传感器是一种能够检测/测量物理属性,然后记录并报告数据和/或响应信号的装置或系统。传感器通常组装在模块中,这些模块能够基于模拟或传感器馈送信号来作出响应。传感器有很多不同的类型和应用,例如压力传感器、惯性传感器、话筒、接近传感器、指纹传感器等
微机电系统 (MEMS)
MMEMS 是一种专用传感器,它将机械和电气原件通过分立或模块方式组合起来。MEMS是典型的多芯片解决方案,例如感应芯片与专用集成电路 (ASIC) 配对使用。MEMS 器件可以由机械元件、传感器、致动器、电气和电子器件组成,并置于一个共同的硅基片上。在消费、 汽车 和移动应用中使用基于 MEMS 的传感器具备一些优势,包括体积小、功耗低、成本低等。
集成一站式解决方案
凭借我们的技术组合和专业 MEMS 团队,长电 科技 能够提供全面的一站式解决方案,为您的量产提供支持,我们的服务包括封装协同设计、模拟、物料清单 (BOM) 验证、组装、质量保证和内部测试解决方案。长电 科技 能够为客户的终端产品提供更小外形尺寸、更高性能、更低成本的解决方案。我们的创新集成解决方案能够帮助您的企业实现 MEMS 和传感器应用的尺寸、性能和成本要求。
1. 嵌入式晶圆级球栅阵列 (eWLB) - 单芯片、多芯片和堆叠的层叠封装配置
2. 晶圆级芯片尺寸封装 (WLCSP) - 非常小的单芯片
3. 倒装芯片芯片尺寸封装 (fcCSP)- 单芯片或多芯片的倒装芯片配置
4. 细间距球栅阵列 (FBGA) - 单芯片或多芯片配置
5. 接点栅格阵列 (FBGA) - 单芯片或多芯片配置
6. 四边扁平无引脚 (FBGA) - 单芯片或多芯片配置
长电 科技 提供全方位一站式倒装芯片服务
凭借在晶圆级封装、晶圆探针和最终测试方面的强劲实力,长电 科技 在为客户提供全方位一站式处理方面独具优势。长电 科技 提供从设计到生产的全方位一站式倒装芯片服务,包括高速、高引脚数的数字和射频测试。
全方位一站式解决方案的优势
• 缩短产品上市时间
• 提升整体流程效率
• 提高质量
• 降低成本
• 简化产品管理
长电 科技 位于中国、新加坡、韩国和美国的全球特性分析团队,致力于为全球客户提供先进的封装表征服务,确保客户拥有高质量、高性能、可靠和高性价比的封装设计,以满足他们的市场需求。
晶圆凸块技术可以在半导体封装中提供显著的性能、外形尺寸和成本优势。晶圆凸块是一种先进的制造工艺,在切割之前就在半导体晶圆表面形成金属焊球或凸块。晶圆凸块实现了器件中的芯片与基材或印刷电路板之间的互连。焊球的成分和尺寸取决于多种因素,例如半导体器件的外形尺寸、成本以及电气、机械和热性能要求。
长电 科技 在晶圆凸块的众多合金材料和工艺方面拥有丰富的经验,包括采用共晶、无铅和铜柱合金的印刷凸块、锡球和电镀技术。我们的晶圆凸块产品包括 200mm 和 300mm 晶圆尺寸的晶圆凸块和再分配,以提供完整的一站式先进倒装芯片封装和晶圆级封装解决方案。
长电 科技 的认证质量测试中心,提供多种可靠性试验,包括环境可靠性测试、使用寿命可靠性测试、板级可靠性试验,和全方位的故障分析服务。
封测市场高景气,公司治理和业务协同不断强化,业绩实现高速增长: 公司 2020 年归母净利润同比+1371.17%,业绩实现高速增长,主要得益 于公司进一步深化海内外制造基地资源整合、提高营运效率、改善财务 结构,大幅度提高了经营性盈利能力。2020 年,公司海外并购的新加坡 星科金朋实现营业收入 13.41 亿美元,同比增长 25.41%,净利润从 2019 年的亏损 5,431.69 万美元到 2020 年的盈利 2,293.99 万美元,实现全面 扭亏为盈。另外,收购后,子公司长电国际利用星科金朋韩国厂的技术、 厂房等新设立的长电韩国工厂(JSCK)在 2020 年实现营业收入 12.35 亿美元,同比增长 64.97%;净利润 5,833.49 万美元,同比增长 669.97%。 2021 年第一季度,公司业绩延续高增长趋势,归母净利润同比 +188.68%,毛利率 16.03%,同比+2.93pct,净利率 5.76%,同比+3.41pct。
公司可为客户提 供从设计仿真到中后道封测、系统级封测的全流程技术解决方案,已成 为中国第一大和全球第三大封测企业。公司产能全球布局,各产区的配 套产能完善,随着产能利用率的持续提升,公司生产规模优势有望进一 步凸显,同时,各产区互为补充,各具技术特色和竞争优势,完整覆盖 了低、中、高端封装测试领域,在 SiP、WL-CSP、2.5D 封装等先进封 装领域优势明显。公司聚焦 5G 通信、高性能计算、 汽车 电子、高容量 存储等关键应用领域,大尺寸 FC BGA、毫米波天线 AiP、车载封测方 案和 16 层存储芯片堆叠等产品方案不断突破,龙头地位稳固。
用户资源和 高附加价值产品项目,加强星科金朋等工厂的持续盈利能力。目前,公 司国内工厂的封测服务能力持续提升,车载涉安全等产品陆续量产,同 时,韩国厂的 汽车 电子、5G 等业务规模不断扩大,新加坡厂管理效率 和产能利用率持续提升,盈利能力稳步改善。随着公司各项业务和产线 资源整合的推进,公司盈利能力有望持续提升,未来业绩增长动能充足。
先进的芯片尺寸封装(CSP)技术及其发展前景2007/4/20/19:53 来源:微电子封装技术
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(ChipScalePackage,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。
2CSP技术的特点及分类
2.1CSP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 *** 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×10mmCSP的热阻为35℃/W,而TSOP、QFP的热阻则可达40℃/W。若通过散热片强制冷却,CSP的热阻可降低到4.2,而QFP的则为11.8[3]。
(5)封装内无需填料大多数CSP封装中凸点和热塑性粘合剂的d性很好,不会因晶片与基底热膨胀系数不同而造成应力,因此也就不必在底部填料(underfill),省去了填料时间和填料费用[5],这在传统的SMT封装中是不可能的。
(6)制造工艺、设备的兼容性好CSP与现有的SMT工艺和基础设备的兼容性好,而且它的引脚间距完全符合当前使用的SMT标准(0.5~1mm),无需对PCB进行专门设计,而且组装容易,因此完全可以利用现有的半导体工艺设备、组装技术组织生产。
2.2CSP的基本结构及分类
CSP的结构主要有4部分:IC芯片,互连层,焊球(或凸点、焊柱),保护层。互连层是通过载带自动焊接(TAB)、引线键合(WB)、倒装芯片(FC)等方法来实现芯片与焊球(或凸点、焊柱)之间内部连接的,是CSP封装的关键组成部分。CSP的典型结构如图1所示[6]。
目前全球有50多家IC厂商生产各种结构的CSP产品。根据目前各厂商的开发情况,可将CSP封装分为下列5种主要类别[7、3]:
(1)柔性基板封装(FlexCircuitInterposer)由美国Tessera公司开发的这类CSP封装的基本结构如图2所示。主要由IC芯片、载带(柔性体)、粘接层、凸点(铜/镍)等构成。载带是用聚酰亚胺和铜箔组成。它的主要特点是结构简单,可靠性高,安装方便,可利用原有的TAB(TapeAutomatedBonding)设备焊接。
(2)刚性基板封装(RigidSubstrateInterposer)由日本Toshiba公司开发的这类CSP封装,实际上就是一种陶瓷基板薄型封装,其基本结构见图3。它主要由芯片、氧化铝(Al2O3)基板、铜(Au)凸点和树脂构成。通过倒装焊、树脂填充和打印3个步骤完成。它的封装效率(芯片与基板面积之比)可达到75%,是相同尺寸的TQFP的2.5倍。
(3)引线框架式CSP封装(CustomLeadFrame)由日本Fujitsu公司开发的此类CSP封装基本结构如图4所示。它分为Tape-LOC和MF-LOC
两种形式,将芯片安装在引线框架上,引线框架作为外引脚,因此不需要制作焊料凸点,可实现芯片与外部的互连。它通常分为Tape-LOC和MF-LOC两种形式。
(4)圆片级CSP封装(Wafer-LevelPackage)由ChipScale公司开发的此类封装见图5。它是在圆片前道工序完成后,直接对圆片利用半导体工艺进行后续组件封装,利用划片槽构造周边互连,再切割分离成单个器件。WLP主要包括两项关键技术即再分布技术和凸焊点制作技术。它有以下特点:①相当于裸片大小的小型组件(在最后工序切割分片);②以圆片为单位的加工成本(圆片成本率同步成本);③加工精度高(由于圆片的平坦性、精度的稳定性)。
(5)微小模塑型CSP(MinuteMold)由日本三菱电机公司开发的CSP结构如图6所示。它主要由IC芯片、模塑的树脂和凸点等构成。芯片上的焊区通过在芯片上的金属布线与凸点实现互连,整个芯片浇铸在树脂上,只留下外部触点。这种结构可实现很高的引脚数,有利于提高芯片的电学性能、减少封装尺寸、提高可靠性,完全可以满足储存器、高频器件和逻辑器件的高I/O数需求。同时由于它无引线框架和焊丝等,体积特别小,提高了封装效率。
除以上列举的5类封装结构外,还有许多符合CSP定义的封装结构形式如μBGA、焊区阵列CSP、叠层型CSP(一种多芯片三维封装)等。
3CSP封装技术展望
3.1有待进一步研究解决的问题
尽管CSP具有众多的优点,但作为一种新型的封装技术,难免还存在着一些不完善之处。
(1)标准化每个公司都有自己的发展战略,任何新技术都会存在标准化不够的问题。尤其当各种不同形式的CSP融入成熟产品中时,标准化是一个极大的障碍[8]。例如对于不同尺寸的芯片,目前有多种CSP形式在开发,因此组装厂商要有不同的管座和载体等各种基础材料来支撑,由于器件品种多,对材料的要求也多种多样,导致技术上的灵活性很差。另外没有统一的可靠性数据也是一个突出的问题。CSP要获得市场准入,生产厂商必须提供可靠性数据,以尽快制订相应的标准。CSP迫切需要标准化,设计人员都希望封装有统一的规格,而不必进行个体设计。为了实现这一目标,器件必须规范外型尺寸、电特性参数和引脚面积等,只有采用全球通行的封装标准,它的效果才最理想[9]。
(2)可靠性可靠性测试已经成为微电子产品设计和制造一个重要环节。CSP常常应用在VLSI芯片的制备中,返修成本比低端的QFP要高,CSP的系统可靠性要比采用传统的SMT封装更敏感,因此可靠性问题至关重要。虽然汽车及工业电子产品对封装要求不高,但要能适应恶劣的环境,例如在高温、高湿下工作,可靠性就是一个主要问题。另外,随着新材料、新工艺的应用,传统的可靠性定义、标准及质量保证体系已不能完全适用于CSP开发与制造,需要有新的、系统的方法来确保CSP的质量和可靠性,例如采用可靠性设计、过程控制、专用环境加速试验、可信度分析预测等。
可以说,可靠性问题的有效解决将是CSP成功的关键所在[10,11]。
(3)成本价格始终是影响产品(尤其是低端产品)市场竞争力的最敏感因素之一。尽管从长远来看,更小更薄、高性价比的CSP封装成本比其他封装每年下降幅度要大,但在短期内攻克成本这个障碍仍是一个较大的挑战[10]。
目前CSP是价格比较高,其高密度光板的可用性、测试隐藏的焊接点所存在的困难(必须借助于X射线机)、对返修技术的生疏、生产批量大小以及涉及局部修改的问题,都影响了产品系统级的价格比常规的BGA器件或TSOP/TSSOP/SSOP器件成本要高。但是随着技术的发展、设备的改进,价格将会不断下降。目前许多制造商正在积极采取措施降低CSP价格以满足日益增长的市场需求。
随着便携产品小型化、OEM(初始设备制造)厂商组装能力的提高及硅片工艺成本的不断下降,圆片级CSP封装又是在晶圆片上进行的,因而在成本方面具有较强的竞争力,是最具价格优势的CSP封装形式,并将最终成为性能价格比最高的封装。
此外,还存在着如何与CSP配套的一系列问题,如细节距、多引脚的PWB微孔板技术与设备开发、CSP在板上的通用安装技术[12]等,也是目前CSP厂商迫切需要解决的难题。
3.2CSP的未来发展趋势
(1)技术走向终端产品的尺寸会影响便携式产品的市场同时也驱动着CSP的市场。要为用户提供性能最高和尺寸最小的产品,CSP是最佳的封装形式。顺应电子产品小型化发展的的潮流,IC制造商正致力于开发0.3mm甚至更小的、尤其是具有尽可能多I/O数的CSP产品。据美国半导体工业协会预测,目前CSP最小节距相当于2010年时的BGA水平(0.50mm),而2010年的CSP最小节距相当于目前的倒装芯片(0.25mm)水平。
由于现有封装形式的优点各有千秋,实现各种封装的优势互补及资源有效整合是目前可以采用的快速、低成本的提高IC产品性能的一条途径。例如在同一块PWB上根据需要同时纳入SMT、DCA,BGA,CSP封装形式(如EPOC技术)。目前这种混合技术正在受到重视,国外一些结构正就此开展深入研究。
对高性价比的追求是圆片级CSP被广泛运用的驱动力。近年来WLP封装因其寄生参数小、性能高且尺寸更小(己接近芯片本身尺寸)、成本不断下降的优势,越来越受到业界的重视。WLP从晶圆片开始到做出器件,整个工艺流程一起完成,并可利用现有的标准SMT设备,生产计划和生产的组织可以做到最优化;硅加工工艺和封装测试可以在硅片生产线上进行而不必把晶圆送到别的地方去进行封装测试;测试可以在切割CSP封装产品之前一次完成,因而节省了测试的开支。总之,WLP成为未来CSP的主流已是大势所驱[13~15]。
(2)应用领域CSP封装拥有众多TSOP和BGA封装所无法比拟的优点,它代表了微小型封装技术发展的方向。一方面,CSP将继续巩固在存储器(如闪存、SRAM和高速DRAM)中应用并成为高性能内存封装的主流;另一方面会逐步开拓新的应用领域,尤其在网络、数字信号处理器(DSP)、混合信号和RF领域、专用集成电路(ASIC)、微控制器、电子显示屏等方面将会大有作为,例如受数字化技术驱动,便携产品厂商正在扩大CSP在DSP中的应用,美国TI公司生产的CSP封装DSP产品目前已达到90%以上。
此外,CSP在无源器件的应用也正在受到重视,研究表明,CSP的电阻、电容网络由于减少了焊接连接数,封装尺寸大大减小,且可靠性明显得到改善。
(3)市场预测CSP技术刚形成时产量很小,1998年才进入批量生产,但近两年的发展势头则今非昔比,2002年的销售收入已达10.95亿美元,占到IC市场的5%左右。国外权威机构“ElectronicTrendPublications”预测,全球CSP的市场需求量年内将达到64.81亿枚,2004年为88.71亿枚,2005年将突破百亿枚大关,达103.73亿枚,2006年更可望增加到126.71亿枚。尤其在存储器方面应用更快,预计年增长幅度将高达54.9%。
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