1 引言

所謂芯片尺寸封裝就是CSP (Chip Size Package或Chip Scale Package)。JEDEC(美國EIA協(xié)會聯(lián)合電子器件工程委員會)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，是極具市場競爭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)等幾個方面詳細(xì)論述這種先進(jìn)的封裝技術(shù)，并對我國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)部布線長度(僅為0．8～1．O mm)比QFP或BGA的布線長度短得多，寄生引線電容、引線電阻及引線電感均很小，從而使信號傳輸延遲大為縮短。CSP的存取時間比QFP或BGA短1／5～1／6左右，同時CSP的抗噪能力強(qiáng)，開關(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，在時鐘頻率己超過雙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，因此未來市場令人樂觀。但它的裸芯片測試、篩選、老化問題至今尚未解決，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：芯片安裝勢在必行。

2．5 散熱性能優(yōu)良

CSP封裝通過焊球與PCB連接，由于接觸面積大，所以芯片在運(yùn)行時所產(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板散熱相對困難。測試結(jié)果表明，通過傳導(dǎo)方式的散熱量可占到80％以上。同時，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)，無需對PCB進(jìn)行專門設(shè)計，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)研制開發(fā)出來的一種窄間距的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)見圖3。它主要由芯片、氧化鋁(Al2O3)基板、銅(Au)凸點(diǎn)和樹脂構(gòu)成。通過倒裝焊、樹脂填充和打印3個步驟完成。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公司研制開發(fā)的一種芯片上引線的封裝形式，因此也被稱之為LOC(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公司研制開發(fā)的一種新型封裝形式，也被稱之為LGA(Land Grid Array)型CSP，主要由LSI芯片、陶瓷載體、填充用環(huán)氧樹脂和導(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，在基板的焊區(qū)上印制導(dǎo)電膠，之后對事先做好的凸點(diǎn)加壓，同時固化導(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)公司研制開發(fā)出來的一種新型封裝形式。它主要由IC芯片、模塑的樹脂和凸點(diǎn)等構(gòu)成。芯片上的焊區(qū)通過在芯片上的金屬布線與凸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)互連，整個芯片澆鑄在樹脂上，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，完全可以滿足儲存器、高頻器件和邏輯器件的高I／O數(shù)需求。同時由于它無引線框架和焊絲等，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焊料浸潤性良好的底層金屬，制出聚酰亞胺緩沖層，在聚酰亞胺開口區(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CSP。圓片級CSP封裝(Wafer一Level Package)由ChipScale公司開發(fā)的此類封裝見圖5。它是在圓片前道工序完成后，直接對圓片利用半導(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，再切割分離成單個器件。WLP主要包括兩項關(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)，最后也無需模塑或底部下填充其他材料。圓片級CSP從晶圓片開始到做出器件，整個工藝流程一起完成，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)行封裝測試；測試可以在切割CSP封裝產(chǎn)品之前一次完成，因而節(jié)省了測試的開支。總之，WLP成為未來CSP的主流已是大勢所驅(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 開發(fā)CSP產(chǎn)品需要解決的技術(shù)問題

4．1 CSP產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化問題

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，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)及市場推廣。目前，我國乃至全球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)計人員不必進(jìn)行個體設(shè)計，大大縮短產(chǎn)品推向市場的時間，節(jié)約了成本。

4．2 CSP產(chǎn)品的封裝技術(shù)問題

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，開發(fā)CSP產(chǎn)品需要開發(fā)的封裝技術(shù)就可以分為3類。

4．2．1 開發(fā)倒裝片鍵合CSP產(chǎn)品需要開發(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。在對芯片焊盤進(jìn)行再分布時，同時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，由于包封的材料厚度薄，空洞、裂紋的存在會更嚴(yán)重地影響電路的可靠性。因此，在包封時要減少甚至避免孔洞、裂紋的出現(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 開發(fā)引線鍵合CSP產(chǎn)品需要開發(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)來實(shí)現(xiàn)芯片焊盤和封裝外殼引出焊盤間的連接的。開發(fā)引線鍵合CSP產(chǎn)品需要開發(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，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(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)問題，還要解決包封的沖絲問題。

(c)焊球安裝技術(shù)。

4．2．3 開發(fā)TAB鍵合CSP產(chǎn)品需要開發(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 開發(fā)圓片級CSP產(chǎn)品需要開發(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)圓片級測試和篩選技術(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，需要開發(fā)相關(guān)的技術(shù)。同時，為了保證CSP產(chǎn)品的長期可靠性，在選擇材料或開發(fā)新材料時，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的價格問題

CSP產(chǎn)品的價格也是一個重要的問題。目前，CSP產(chǎn)品的價格都比較貴，是一般產(chǎn)品的1倍以上。為了降低價格，需要開發(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的價格。

4．5 組裝CSP產(chǎn)品的印制板問題

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。在選擇材料時還要考慮到熱膨脹性能。

4．6 CSP產(chǎn)品的市場問題

CSP技術(shù)剛形成時產(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市場的5％左右。國外權(quán)威機(jī)構(gòu)"Electronic Trend Publications"預(yù)測，全球CSP的市場需求量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。尤其在存儲器方面應(yīng)用更快，預(yù)計年增長幅度將高達(dá)54．9％。目前，國內(nèi)的CSP市場完全被外國公司和外資企業(yè)控制，國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品要進(jìn)入這個市場也是相當(dāng)困難的。要進(jìn)入CSP市場，首先是要開發(fā)出適銷對路的產(chǎn)品，其次是要提高和保持產(chǎn)品的質(zhì)量，還須供貨及時，且價格要低。

5 關(guān)于開發(fā)我國CSP技術(shù)的幾點(diǎn)建議

CSP技術(shù)是為產(chǎn)品的更新?lián)Q代提出來的，該技術(shù)一開發(fā)成功，即用于產(chǎn)品中。經(jīng)過短短幾年，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)量增長很快，預(yù)計在今后的幾年，還將高速增長。目前的PC市場容量達(dá)1000億只，CSP產(chǎn)品僅占IC市場的1／20。隨著CSP技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)，會越來越多地取代其它產(chǎn)品而占領(lǐng)更多的市場份額。

在我國，CSP的市場(手機(jī)、掌上電腦、薄型電腦等等)很大。但是，這個市場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，市場還將增大。因此急需開發(fā)我們自己的CSP技術(shù)，以便在該市場上占有一席之地。但是，開發(fā)CSP技術(shù)，困難很多，它涉及的范圍廣、技術(shù)難度大。因此，要開發(fā)CSP技術(shù)，需要有多家單位協(xié)同作戰(zhàn)，同時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)會的作用

CSP技術(shù)是一項系統(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)的開發(fā)研究工作，需要充分發(fā)揮行業(yè)協(xié)會領(lǐng)導(dǎo)、推動、協(xié)調(diào)、督查的作用，以期加快CSP的開發(fā)研究和推廣應(yīng)用，使我國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，滿足國內(nèi)市場及軍事方面的應(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)有兩個以上，以使研究室之間互相競爭和互相促進(jìn)，從而可保證和加快CSP技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。

(3)需要國家投入足夠的資金

CSP技術(shù)，是一項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)我們目前還沒有，需要開發(fā)。要實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)的開發(fā)，需購買先進(jìn)的設(shè)備，而這些設(shè)備價格均較高，且在開發(fā)中，需要投入一定的人力和物力；根據(jù)國情，如將所有資金均由開發(fā)單位承擔(dān)，目前還不現(xiàn)實(shí)，因此需要國家投入專項資金，以扶持CSP技術(shù)的開發(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發(fā)現(xiàn)在還不可能，也沒有必要。要選擇 由易到難且具有代表性的品種逐步漸進(jìn)地開發(fā)。

6 結(jié)束語

我國的集成電路封裝，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)的開發(fā)和應(yīng)用開始，我國的封裝技術(shù)人員就付出了辛勤的勞動，使我國的封裝技術(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，更需要國家在各方面的大力支持。

1 引言

富士通公司已開發(fā)的商標(biāo)為超級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CSP結(jié)構(gòu)與封裝工藝過程

圖1示出了超級CSP的封裝的照片，該封裝具有48個焊球，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CSP封裝中涉及到的工藝過程如圖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晶圓表面密封后，使用晶圓級封裝技術(shù)制作與芯片同樣尺寸的封裝，此方法涉及到通過標(biāo)準(zhǔn)的劃片工藝把晶圓分為單個的半導(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℃，并通過真空板臨時膜緊貼到上模。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，通過提供熱和壓力使密封劑壓力熔化。密封劑分布于整個晶圓片表面，并通過向內(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膜的密封晶圓片。

2.3 剝?nèi)ヅR時膜

在此工藝中把臨時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。使用這些工藝過程。制造出與保護(hù)的芯片一樣大小的超級CSP產(chǎn)品。

3 超級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。直到對此有要求。因此，由于使用的有機(jī)元素絕對量的減少，密封劑易燃性較低，那么，抗易燃性元素的采用顯得不必要，而在過去是必要的，BGA超級模塑面陣列封裝（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)中絕對需要的，這些新的密封材料因此具有比較早期材料更簡單的成分，同時，為芯片提供更好的保護(hù)，超級CSP的解決方法遵從同樣的途徑，涉及簡單的生產(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CSP材料中是不需要的。例如，超級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CSP，但是作為面陣列封裝，超級CSP不要求下填充樹脂。超級CSP產(chǎn)生于2個關(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)沒有通常使用的液態(tài)密封技術(shù)方便，然而，超級CSP克服了這一缺陷，采用超級CSP技術(shù)，密封劑覆蓋整個晶圓面積，應(yīng)用于φ150、φ200、φ300mm的標(biāo)準(zhǔn)晶圓尺寸，因此超級CSP的用戶不需要準(zhǔn)確很多不同類型的模塑模。像由超級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，用于評定的液態(tài)樹脂由a、b、c3個公司提供。如表1所示，通過傳遞模塑方法密封的密封式芯片特別堅固且可靠，相比較，在室溫和標(biāo)準(zhǔn)壓力狀況下，滴涂方法使用流動的各種材料，其形成了沒有傳遞模塑方法密封式堅固的封裝形式。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CSP密封工藝方法，基本上由傳遞模塑過程和壓縮模塑過程構(gòu)成，顯現(xiàn)為解決這些問題能夠形成一層既薄又可靠的密封劑。

4 密封結(jié)構(gòu)對可靠性的影響

評定了該封裝，并對裝配可靠性進(jìn)行了試驗(yàn)，采用球柵陣列封裝（45個焊球，間距為0.75mm）履行該封裝評定。設(shè)計兩種焊盤柵陣列封裝的試驗(yàn)。表2示出了用于評定封裝的技術(shù)參數(shù)，封裝體尺寸為4.5mm×9.00mm，單個封裝元件通過溫度循環(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)板級可靠性試驗(yàn)，安裝在板上的封裝通過溫度循環(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脂。若凸點(diǎn)支座高度不超過400μm，在第一次失效時循環(huán)數(shù)不大于1000個，即使適度的T/C試驗(yàn)條件為-40℃-125℃。

為什么超級CSP的板級可靠性試驗(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固的結(jié)構(gòu)并能夠承受應(yīng)力，因?yàn)楹盖蛘加姓麄€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DCA方法與芯片互連。圖6示出了超級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CSP的密封技術(shù)工藝。

金屬端子的頂部表面貼上臨時膜，這具有足夠的柔性和厚度，結(jié)果，通過剝?nèi)ヅR時膜，移去頂部表面附近的密封劑。脫模后，把臨時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，并且從密封劑突出，把焊球緊緊地連接到端子的整個頂部，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CSP對具有大的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，這類器件沒有凸點(diǎn)支座充足的高度和焊料的連接的面積。

5 超級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CSP接近獲得了這一目標(biāo)，通過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，必須要解決兩個問題即：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，對于適應(yīng)超級CSP的工廠不需要做什么，因已推薦了超級CSP的實(shí)驗(yàn)和裝運(yùn)材料用的各種標(biāo)準(zhǔn)，在晶圓級狀況下，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CSP，人們計劃密封式芯片觀念，至今為止，CSP已回應(yīng)了對較小封裝的需求，在現(xiàn)存的各類封裝中，大部分CSP包括一個插件，然而，當(dāng)封裝尺寸接近芯片尺寸時，插件的重要性出現(xiàn)了問題，問題在于CSP中是否插件是必須的。超級CSP不包含插件，它是真實(shí)的密封式芯片，對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。