Пакет масштабирования микросхем CSP

Пакет Шкала чипа: руководство по формам и типам пакетов CSP

каталог

Что такое пакет чипов CSP?

Основываясь на определении корпуса микросхемы CSP стандарта IPC/JEDEC J-STD-012, CSP (размер микросхемы) представляет собой однокристальный тип корпуса интегральной схемы с поверхностным монтажом, размер подложки которого не превышает 120 % размера корпуса. размер полупроводникового чипа. Первоначально аббревиатура «CSP» использовалась для обозначения «пакета в масштабе чипа», но, поскольку лишь несколько пакетов имеют размер чипа, значение аббревиатуры было адаптировано к CSP пакета Chip Scale Package. Наиболее важной целью пакета CSP BGA является уменьшение размера области монтажа и уменьшение площади.
В определении CSP ничего не говорится о том, как его нужно производить или конструировать. Любая упаковка, отвечающая определенным требованиям к размерам и имеющая В определении CSP ничего не говорится о том, как его нужно производить или конструировать. Любая упаковка, отвечающая определенным требованиям к размерам и имеющая можно считать CSP. Когда классифицируется как корпус размером с чип, структурный размер не считается слишком большим. В результате в отрасли было разработано множество корпусов для чипов, и нельзя делать никаких общих предположений о технологичности или надежности CSP как однородной группы корпусов. В электронной промышленности CSP существует более 50 различных классов корпусов для чипов, и их число продолжает расти.
В начале типичного процесса CSP микросхемы монтируются на промежуточный элемент с помощью эпоксидной смолы. Эпоксидная смола обычно непроводящая, но проводящая эпоксидная смола также используется, когда необходимо подключить заднюю сторону кристалла к цепи. Затем кристалл присоединяется к промежуточному элементу с помощью золотых или алюминиевых проводов. Эти проволочные профили имеют как можно более низкую высоту и как можно ближе к кристаллу, чтобы свести к минимуму размер корпуса. За этим следует пластиковая капсула, обычно методом трансферного формования, для защиты чипов и проводов. После упаковки шарики припоя крепятся к нижней части интерпозера. Наконец, упаковка маркируется, и деталь отделяется от выводной рамки. 

Особенности упаковки чипов.

  • Упаковка в виде чипсов имеет много преимуществ технологии упаковки чипов csp. Одним из их самых больших преимуществ перед традиционными упаковками является уменьшенный размер упаковки. Конструкция корпуса BGA увеличивает количество межсоединений, поэтому происходит уменьшение размера. Его преимущества заключаются в меньшем размере (меньшей занимаемой площади и толщине), меньшем весе, относительно простом процессе сборки, более низкой общей стоимости производства и улучшенных электрических характеристиках. 
  • Характеристики самовыравнивания и отсутствие изогнутых выводов являются еще одним преимуществом упаковки в масштабе чипа, что может еще больше снизить производственные затраты. В отличие от других корпусов, корпус в масштабе чипа может использовать существующую технологию поверхностного монтажа (SMT), и его легче начать производство. Они также терпимы к изменениям размера кристалла, поскольку конструкция интерпозера может по-прежнему приспосабливаться к уменьшающемуся размеру кристалла без изменения размера CSP.
  • Добавьте к этому преимущества размера и производительности сборки без кристалла и надежность герметизированных устройств. Обычно они строятся с использованием свинцовых рам, возможность массовой сборки многих упаковок. Это позволяет максимально использовать площадь промежуточного элемента и позволяет изготавливать множество устройств с использованием одной и той же подложки.
  • Другие ключевые особенности включают в себя:
    Гибкие инструменты для пользовательских пакетов;
    Конструкции с одним кристаллом обычно на 20% больше, чем размер кристалла;
    шаг от 5 мм до 1,27 мм;
    Возможна высота упаковки <1 мм;
    Компетентен на уровне MSL 3.

Каковы распространенные формы CSP?

Распространенные формы CSP Несколько форм включают в себя: флип-чип, нефлип-чип, проволочное соединение, матрицу с шариковой сеткой и выводные. Эти пять форм будут представлены одна за другой.

  • CSP с перевернутым чипом (FCCSP)
  • Нефлип-чип
  • Скрепленный проволокой
  • Массив шаровой сетки
  • Ведущий  

CSP с перевернутым чипом (FCCSP)::
Перевернутый чип относится к переворачиванию чипа вверх дном и прикреплению его к подложке или выводной рамке. По сравнению с обычным CSP разница заключается в том, что для соединения вместо традиционного соединения проводов используются стыки, такие как припой или медные столбы. Площадки ввода/вывода могут быть распределены по всей поверхности микросхемы, что позволяет уменьшить размер микросхемы за счет оптимизированных цепей. Отсутствие соединительных проводов также помогает уменьшить индуктивность сигнала. FCCSP (Flip Chip CSP Package) обеспечивает пропускную способность масштабируемой микросхемы примерно до 200 операций ввода-вывода или меньше. FCCSP обеспечивает лучшую защиту чипа и лучшую надежность пайки, чем прямое крепление (DCA) или крепление на плате (COB). FCCSP имеет низкопрофильный, компактный и легкий пакет. FCCSP заливается двумя способами: один с использованием капиллярного нижнего заполнения (CUF), а другой – с использованием эпоксидного формовочного компаунда вместо нижнего заполнения (MUF) для снижения стоимости, улучшения тепловых характеристик и вторичной надежности.
Не переворачивающийся чип:
Непереворачивающийся чип, также известный как чип с передним креплением, является самой ранней структурой чипа. Структура сверху вниз: электрод, полупроводниковый слой P-типа, светоизлучающий слой, полупроводниковый слой N-типа и подложка. В этой структуре тепло, выделяемое PN-переходом, необходимо отводить к радиатору через сапфировую подложку. Плохая теплопроводность сапфировой подложки приводит к плохой теплопроводности конструкции, что снижает светоотдачу и надежность чипа. В положительной структуре чипа как p-электрод, так и n-электрод расположены на светоизлучающей поверхности чипа, и экранирование электродов будет влиять на светоотдачу чипа, что приводит к низкой светоотдаче чипа. чип; положительный и отрицательный электроды расположены на одной стороне чипа, что подвержено перегрузке по току и снижает светоотдачу; Кроме того, такие факторы, как температура и влажность, также могут вызывать миграцию электродного металла. По мере уменьшения размера чипа и уменьшения расстояния между положительным и отрицательным электродами миграция электродов может вызвать проблемы с коротким замыканием.

Связанные проволокой:
Соединение проводов — это процесс создания электрических взаимосвязей между полупроводниками (или другими интегральными схемами) и кремниевыми чипами с использованием соединительных проводов, которые представляют собой тонкие провода, изготовленные из таких материалов, как золото и алюминий. Хотя это менее распространено, проводное соединение используется для соединения ИС с другими электронными устройствами или для соединения одной печатной платы (PCB) с другой. Соединение проводов обычно считается наиболее экономичным и гибким методом соединения, используемым для сборки подавляющего большинства корпусов полупроводников. Проволочное соединение можно использовать для частот выше 100 ГГц. Двумя наиболее распространенными способами являются соединение золотым шариком и соединение алюминиевым клином.

Массив шаровой сетки:
Ball Grid Array (BGA) — это корпус для поверхностного монтажа (чип-носитель) для интегральных схем. Корпуса BGA используются для стационарного монтажа таких устройств, как микропроцессоры. BGA могут обеспечить больше контактов для межсоединений, чем двойные линейные или плоские корпуса. Можно использовать всю нижнюю часть устройства, а не только периметр. Следы, соединяющие выводы упаковки с проводами или матрицу с шариками упаковки, также в среднем короче, чем у типов, предназначенных только для периметра, что обеспечивает лучшую производительность на высоких скоростях.

Ведущий:
Chip-On-Lead (COL) — это технология, при которой кристалл или кристалл крепятся к выводам выводной рамки вместо контактных площадок. Еще больше усложняет ситуацию то, что, в отличие от обычных выводных рамок, эта выводная рамка не имеет ленты для поддержки во время соединения проводов.

Какие существуют типы пакетов для чипов CSP?

Пакеты со шкалой щепы можно разделить на следующие группы: 

  • Индивидуальный CSP на основе выводных фреймов (LFCSP)
  • Гибкий CSP на основе подложки
  • CSP с перевернутым чипом (FCCSP)
  • CSP на жесткой подложке
  • CSP перераспределения на уровне пластины (WL-CSP)

LFCSP представляет собой корпус с масштабом, близким к чипу (CSP), корпус с проводным соединением в пластиковой капсуле в безвыводном формате корпуса с подложкой из медных выводов. Площадки ввода-вывода по периметру расположены на внешнем краю корпуса. Электрический контакт с печатной платой (PCB) осуществляется путем припайки периметра и открытых площадок на нижней поверхности корпуса к печатной плате. Тепло можно эффективно отводить от корпуса, припаяв открытую термопрокладку к печатной плате. Обеспечивает стабильное электрическое заземление за счет приклеивания и проводящего материала для крепления чипа. Соединение проводов обеспечивается золотой проволокой. По периметру и поверхности термопрокладки используется припой Sn/Pb или 100% Sn. Упакован в ленту и рулон или лоток. 

Краткое определение гибкой схемы — это «упорядоченное расположение печатных проводов с использованием гибкой подложки с гибкой крышкой или без нее». Гибкие схемы чаще всего изготавливаются с использованием одной из двух подложек: полиимида или полиэстера.Полиимид предпочтительнее там, где требуются спаянные компоненты, тогда как полиэстер обычно используется в недорогих приложениях. Полиимид также является предпочтительным материалом почти для всех CSP и гибких BGA; тем не менее, полиэстер успешно использовался для изготовления смарт-карт, что, возможно, представляет собой большой пакет микросхем, который заслуживает некоторой известности. Гибкие схемы производятся в нескольких основных формах, часто параллельных жестким конструкциям печатных плат. Изделия обычно идут с накладкой. Покровный слой обычно представляет собой полимерную пленку того же семейства, что и базовая пленка, с неотъемлемым адгезивным слоем. Однако можно использовать и другие процессы и материалы. Нажмите, чтобы увидеть больше типов печатных плат, поддерживаемых JHD. 

Перевернутый чип относится к переворачиванию чипа вверх дном и прикреплению его к подложке или выводной рамке. По сравнению с обычным CSP разница заключается в том, что для соединения вместо традиционного соединения проводов используются стыки, такие как припой или медные столбы. Контактные площадки ввода-вывода могут быть распределены по всей поверхности микросхемы, что позволяет уменьшить размер микросхемы за счет оптимизированных цепей. Отсутствие соединительных проводов также помогает уменьшить индуктивность сигнала. FCCSP (масштабируемый пакет Flip Chip Chip Scale Package) обеспечивает емкость масштабируемой микросхемы примерно для 200 операций ввода-вывода или менее. FCCSP обеспечивает лучшую защиту чипа и лучшую надежность пайки, чем прямое крепление (DCA) или крепление на плате (COB). FCCSP имеет низкопрофильный, компактный и легкий пакет. FCCSP заливается двумя способами: один с использованием капиллярного нижнего заполнения (CUF), а другой – с использованием эпоксидного формовочного компаунда вместо нижнего заполнения (MUF) для снижения стоимости, улучшения тепловых характеристик и вторичной надежности. 

CSP на основе ламинированной подложки являются расширением существующей технологии PBGA (Plastic Ball Grid Array) от National Semiconductor и являются предпочтительным пакетом для портативных приложений. CSP доступны в двух конструкциях корпуса: ламинированные CSP и массивы шариковых решеток с мелким шагом (FBGA). FBGA соединяются с платой с помощью технологии шариков припоя, в то время как ламинированные CSP используют периферийные никель-золотые контактные площадки для соединения корпуса с платой. Структуры и материалы, используемые в этих корпусах, предназначены для того, чтобы новые микропродукты National Semiconductor обеспечивали высочайшую производительность и надежность. CSP из ламината доступны в пластиковом тонкопрофильном четырехгранном плоском корпусе без выступа (P-TFQFN) и пластиковом тонкопрофильном термоусадочном малогабаритном корпусе без выступа (P-TSSON). 

CSP могут производиться производителями полупроводников серийно в пакете csp на уровне пластины, что снижает затраты и увеличивает выход продукции. При их производстве в несколько этапов контактные площадки ввода-вывода перераспределяются для облегчения формирования выступов. Затем штампы с выпуклостями упаковывают и сортируют. Для перераспределения контактных площадок и формирования выпуклостей используется процесс фотолитографии, аналогичный тому, который использовался при первоначальном изготовлении IC. 

Тип упаковки чипов CSP
Тип упаковкиСтроительствоПреимуществаПримерыТипыПриложения
CSP на основе выводных фреймов Медная выводная рама, проволочные соединения с низким контуром или межсоединение с перевернутым чипом, литыеУменьшение размера на 50 % по сравнению с индуктивностью тонкого термоусадочного корпуса малого размера (TSSOP) (Micro Lead Frame®) и микровыводной рамы с перевернутым кристаллом с очень низкой индуктивностьюMicro Lead Frame® (проволочное соединение) и флип-чип Micro LeadFrame® (fcMLF) (Амкор)Quad Flat Pack без свинца (QFN), малогабаритный без свинца (SON), Двойной плоский без свинца (DFN)Портативная электроника (сотовые телефоны и помощники по работе с персональными данными) (КПК), Micro Lead Frame® и высокопроизводительные приложения в диапазоне 5–40 ГГц
Открытая площадка для крепления штампаУменьшение индуктивности/емкости на 50 % по сравнению с выводными частямиMLP (пакет с микровыводной рамой) (Carsem)QFN, SON, MLPQ (квадратный формат) и MLPD (двойной формат)КПК, системы глобального позиционирования (GPS), радиочастотный продукт для Bluetooth™
Гибкий промежуточный CSPПолиимидная гибкая подложка (один электрический слой), скрепленная проволокой и формованнаяЗначительное уменьшение площади по сравнению с четырехъядерными плоскими упаковками
Стоимостной паритет с QFP
MicroStar™ BGA (Техасские инструменты)MicroStar™ и MicroStar™ Junior BGAПотребительское конечное оборудование, использующее решения для обработки цифровых сигналов (беспроводная связь, портативные компьютеры и жесткие диски)
Проволочное соединение силиконовой матрицы с полиимидной лентойНепригодныйШкала для чипов Flex Tape BGACS144/CSG144Непригодный
Перевозчик чипов (BCC) и CSP на основе BCC+Стандартный выпуклый держатель чипа и электрически/термически улучшенная технология центральных контактных площадок.На 40% меньше монтажная площадь и на 67% меньше монтажный объем по сравнению с пакетом Уменьшить небольшой контурный пакетBCC, BCC+ (Fujitsu)Одночиповый и многослойный корпус чипаРадиочастотные устройства, глобальные сети и системы плотного мультиплексирования с разделением по длине волны
Жесткая ламинатная подложка (с паяльной маской или без нее), проволочные соединения, формованные поверхНебольшие размеры, низкий профиль (1,0 мм), улучшенные электрические характеристики на частоте более 2,4 ГГц, уровень чувствительности к влаге JEDEC (MSL) 3Массив наземной сетки и массив шаровой сетки с мелким шагом (Национальный)Тонкий, мелкошаговый QFN, тонкий термоусадочный SONПортативные приложения, включая сотовые телефоны, беспроводные сети, портативные компьютеры и DSP.
Подложка из ламината FR-5Улучшенное отношение сигнал/шум (> 1 ГГц) по сравнению с деталями, соединенными проволокой, и межсоединениями кристаллов с низкой индуктивностьюChipArray® Массив с шариковой сеткой (Амкор)fcCSPСотовые телефоны, портативная электроника и высокопроизводительные рабочие станции (ноутбуки и радиочастотные приложения)
CSP на основе ламинатаЖесткая ламинатная основа (с паяльной маской или без нее), проволочные соединения, формованные поверхНебольшие размеры, низкий профиль (1,0 мм), улучшенные электрические характеристики на частоте более 2,4 ГГц, уровень чувствительности к влаге JEDEC (MSL) 3Массив наземной сетки и массив шаровой сетки с мелким шагом (Национальный)Тонкий, мелкошаговый QFN, тонкий термоусадочный SONПортативные приложения, включая сотовый телефон, беспроводную связь, портативные компьютеры и DSP.
Подложка из ламината FR-5Улучшенное отношение сигнал/шум (> 1 ГГц) по сравнению с деталями, соединенными проволокой, и межсоединениями кристаллов с низкой индуктивностьюChipArray® Массив с шариковой сеткой (Амкор)fcCSPСотовые телефоны, портативная электроника и высокопроизводительные рабочие станции (ноутбуки и радиочастотные приложения)
CSP на уровне пластины (WLCSP)Репассивация и нанесение припояУстраняет необходимость недоливки, стандартный процесс поверхностного монтажа, минимальные требования к вводу-выводу, экономия места на печатной платеWLCSP (страна)микро патчНепригодный
Полиимидный слой для следов перераспределения, наплавляемыйНа 30% меньше площадь платы и на 65% тоньше профильСупер CSP(Fujitsu)массив шаровых сеток, массив планарных сетокFlash и ASIC

Чем отличается пакет csp от пакета cob?

  • Пакет масштабирования чипов (CSP)
    CSP рекомендует, чтобы размер пакета сенсорного чипа не превышал площадь самого чипа более чем в 1,2 раза. Это делает производитель сенсора, обычно со слоем стекла, покрывающим чип. 
  • Чип на борту (COB)
    COB означает, что микросхема чувствительного элемента будет соединена непосредственно с печатной платой (печатной платой) или FPC (гибкая печатная плата). Процесс COB является частью производственного процесса модуля камеры, поэтому он выполняется поставщиком компонентов камеры.

Разница между двумя.

Самая большая разница между CSP PBC и COB заключается в том, что светочувствительная поверхность упакованного чипа CSP защищена слоем стекла, а COB не эквивалентен голому чипу. Для одного и того же объектива высота модуля двух процессов различна, и COB должен быть низким. При производстве и переработке CSP требуется, чтобы точка запыления была относительно низкой. Если на поверхности датчика все еще есть пятна пыли, он может быть обработан повторно, а COB – нет.
Сравнивая два варианта упаковки продукта, процесс CSP быстрее, точнее, дороже и может страдать от плохого оптического пути, в то время как COB более компактен и более доступен, но время процесса больше, окупаемость более проблематична. , и ремонту не подлежит. 

Пакет CSP VS пакет BGA.

Для новичков, которые только что взялись за доработку BGA, многие люди не знают, как отличить пакеты BGA от пакетов CSP. Сегодня я объясню разницу между этими двумя методами упаковки.
Сначала давайте посмотрим на разницу между концепцией упаковки BGA и упаковки CSP. Их формы шариков припоя делятся на частично распределенные и полностью распределенные. 

The concept of BGA and CSP

Пакет массива шариковой решетки BGA.

С развитием технологии интегральных схем требования к упаковке интегральных схем стали более строгими. Это связано с тем, что технология пакета csp связана с функциональностью продукта. Когда частота микросхемы превышает 100 МГц, традиционный метод компоновки может привести к так называемому явлению «перекрестных помех». Когда количество выводов IC превышает 208 контактов, традиционный метод упаковки затруднен. Поэтому в дополнение к QFP упаковка метод, большинство чипов с большим количеством выводов (таких как графические чипы и наборы микросхем) теперь используют технологии упаковки BGA (Ball Grid Array Package). BGA стал лучшим выбором для высокоплотных, высокопроизводительных многоконтактных корпусов, таких как процессоры и чипы южного/северного моста на материнских платах. 

Технологию упаковки BGA можно разделить на пять категорий:

  1. Подложка PBGA (пластик BGA): обычно многослойная доска состоит из 2-4 слоев органических материалов. Среди процессоров серии Intel этот пакет используют процессоры Pentium II, III и IV.
  2. Подложка CBGA (Керамический BGA-компонент): керамическая подложка, электрическое соединение между чипом и подложкой обычно монтируется с помощью Flip Chip (FC). Среди ЦП серии Intel все процессоры Pentium I, II и Pentium Pro использовали этот пакет.
  3. Подложка FCBGA (Флип-чип BGA): жесткая многослойная подложка.
  4. Подложка TBGA (ЛентаBGA): Подложка представляет собой полосообразную мягкую 1-2-слойную печатную плату.
  5. Подложка CDPBGA (Carity Down PBGA): относится к области микросхемы (также известной как полость) с квадратным углублением в центре корпуса.

Корпус BGA имеет следующие характеристики:

  • Хотя количество выводов ввода-вывода увеличивается, расстояние между выводами намного больше, чем при использовании метода упаковки QFP, что повышает производительность.
  • Хотя энергопотребление BGA увеличивается, поскольку используется контролируемая сварка стружки, электротермические характеристики могут быть улучшены.
  • Задержка передачи сигнала мала, а адаптивная частота значительно улучшена.
  • Для сборки можно использовать копланарную сварку, что значительно повышает надежность.

После более чем десяти лет разработки метод упаковки BGA вступил в практическую стадию. В 1987 г. японская компания Citizen Corporation приступила к разработке микросхемы (т. е. BGA), упакованной в массив пластиковых шариков. Позднее к разработке BGA присоединились Motorola, Compaq и другие компании. В 1993 году Motorola впервые применила BGA к мобильным телефонам. В том же году Compaq применила его к рабочим станциям и ПК. Еще пять или шесть лет назад Intel начала использовать BGA в компьютерных процессорах (например, Pentium II, Pentium III, Pentium IV и т. д.) и наборах микросхем (таких как i850), что сыграло свою роль в расширении областей применения BGA. В настоящее время BGA стал чрезвычайно популярной технологией упаковки IC. Объем мирового рынка в 2000 году составлял 1,2 миллиарда штук. Подробнее Навыки сборки BGA можно узнать через наш соответствующий блог.

Пакет размера чипа CSP.

В связи с глобальным спросом на персонализированные и легкие электронные продукты технология упаковки продвинулась до CSP (упаковка размера чипа). Это уменьшает размер упаковки микросхемы, так что размер чистой микросхемы может быть таким же большим, как размер упаковки. То есть размер упакованной ИС не более чем в 1,2 раза превышает длину стороны кристалла, а площадь ИС только не более чем в 1,4 раза превышает размер кристалла. 

Тип упаковки размера чипа CSP:

  • Тип ведущей рамы (представители производителей) включает Fujitsu, Hitachi, Rohm, Goldstar и так далее.
  • Тип жесткого интерпозера (Тип жесткого интерпозера), представляющий таких производителей, как Motorola, Sony, Toshiba, Panasonic и так далее.
  • Гибкий тип интерпозера (тип мягкого интерпозера), наиболее известным из которых является microBGA Tessera, sim-BGA CTS также использует тот же принцип. Другими репрезентативными производителями являются Дженерал Электрик (GE) и NEC.
  • Пакет масштаба чипа уровня вафли (Пакет размера вафли): В отличие от традиционного метода упаковки с одним чипом, WLCSP заключается в разрезании всей пластины на отдельные чипы. Производители, инвестирующие в R & D включают FCT, Aptos, Casio, EPIC, Fujitsu, Mitsubishi Electronics и т. д.

Пакет CSP имеет следующие характеристики:

  • CSP только меньше по размеру, меньше CSP называется FC (Перевернуть чип).
  • Flip Chip в нашей SMT-сборке называется Flip Chip, что означает припаивание голого чипа непосредственно к печатной плате.
  • BGA очень широк, CSP — лишь один из них.
  • Просто небольшой пакет.
  • Обычно меньше 1:1,2.
  • Разные тона.
  • Шаг BGA (1.0мм1.27мм)
  • Шаг CSP <0,8 мм

Таким образом, упаковка BGA и упаковка CSP имеют свои преимущества и недостатки. Рекомендуется, чтобы независимо от того, какой метод упаковки вы выберете, вам необходимо учитывать вопрос постобслуживания. 

Область применения пакета чипов CSP.

CSP имеет значительные размеры и вес. Уменьшенный размер и вес делают их идеальными для использования в мобильных устройствах, таких как сотовые телефоны, ноутбуки, карманные компьютеры и цифровые камеры. 

Я полагаю, что благодаря приведенному выше введению в упаковку вы получили общее представление об упаковке чипов CSP. Мы сделали подробное описание преимуществ и недостатков CSP, распространенных форм, типов чипов и корпусов, рынка чипов и т. д. JHD имеет лучшую технологию упаковки CSP, если вам нужна дополнительная информация об упаковке CSP или у вас есть какие-либо вопросы, Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам. Профессиональная команда обслуживания клиентов JHD предоставит лучший совет по производству и сборке вашей печатной платы. 

Получите расчет стоимости печатной платы прямо сейчас

Откройте высококачественные услуги по производству печатных плат в JHDPCB

Leave a Comment