BGA封装的底部按照矩阵方式制作引脚,引脚的形状为球形,在封装壳的正面装配芯片,有时也会将BGA芯片与球形管脚放在基板的同一侧。BGA封装是大规模集成电路的一种常用封装形式。BGA封装按照封装壳基板材质的不同,可分为三类:塑料BGA、陶瓷BGA、载带BGA。
BGA封装具有以下共同特点:
芯片封装的失效率较低;
提升器件管脚数量与封装壳尺寸的比率,减小了基板面积;
管脚共面较好,减少管脚共面损害带来的焊接不良;
BGA引脚为焊料值球,不存在引脚变形问题;
BGA封装引脚较短,输入/输出信号链路大大缩短,减少了因管脚长度引入的电阻/电容/电感效应,改善了封装壳的寄生参数;
BGA球栅阵列与PCB板接触点较多,接触面积较大,有利于芯片散热,BGA封装有利提高封装的封装密度。
BGA封装使用矩阵形式的管脚排列,相对于传统的贴片封装,在相同管脚数量下,BGA封装的封装尺寸可以做的更小,同时也更节省PCB板的布线面积。
芯片级(CSP)封装技术
CSP定义
根据J-STD-012标准的定义,CSP是指封装尺不超过裸芯片1.2倍的一种先进的封装形式。一般认为CSP技术是在对现有的芯片封装技术,尤其是对成熟的BGA封装技术做进一步技术提升的过程中,不断将各种封装尺寸进一步小型化而产生的一种封装技术。
CSP技术可以确保超大规模集成电路在高性能、高可靠性的前提下,以最低廉的成本实现封装的尺寸最接近裸芯片尺寸。与QFP封装相比,CSP封装尺寸小于管脚间距为0.5mm的QFP封装的1/10;与BGA封装相比,CSP封装尺寸约为BGA封装的1/3。
当封装尺寸固定时,若想进一步提升管脚数,则需缩小管脚间距。受制于现有工艺,不同封装形式存在工艺极限值。如BGA封装矩阵式值球最高可达1000个,但CSP封装可支持超出2000的管脚。
CSP的主要结构有内芯芯片、互连层、焊球(或凸点、焊柱)、保护层等几大部分,芯片与封装壳是在互连层实现机械连接和电性连接。其中,互连层是通过载带自动焊接或引线键合、倒装芯片等方法,来实现芯片与焊球之间的内部连接,是CSP关键组成部分。
目前有多种符合CSP定义的封装结构形式,其特点有:
CSP的芯片面积与封装面积之比与1:1的理想状况非常接近,绝对尺寸为32mm2,相当于BGA的三分之一和TSOP的六分之一,即CSP可将内存容量提高3~6倍之多。
测试结果显示,CSP可使芯片88.4%的工作热量传导至PCB,热阻为35℃/W-1,而TSOP仅能传导总热量的71.3%,热阻为40℃/W-1。
CSP所采用的中心球形引脚形式能有效地缩短信号的传导距离,信号衰减也随之减少,芯片的抗干扰、抗噪性能更强,存取时间比BGA减少15%~20%,完全能适应DDRⅡ,DRDRAM等超高频率内存芯片的实际需要。
CSP可容易地制造出超过1000根信号引脚数,即使最复杂的内存芯片都能封装,在引脚数相同的情况下,CSP的组装远比BGA容易。CSP还可进行全面老化、筛选、测试,且操作、修整方便,能获得真正的KGD(Known GoodDie已知合格芯片)芯片。


CSP封装形式主要有如下分类
芯片级封装的主要类型:
柔性基片CSP
顾名思义是采用柔性材料制成芯片载体基片,在塑料薄膜上制作金属线路,然后将芯片与之连接。柔性基片CSP产品,芯片焊盘与基片焊盘间的连接方式可以是倒装键合、TAB键合、引线键合等多种方式,不同连接方式封装工艺略有差异。
硬质基片CSP
其芯片封装载体基材为多层线路板制成,基板材质可为陶瓷或层压树脂板。
引线框架CSP
技术是由日本的Fujitsu公司首先研发成功,使用与传统封装相类似的引线框架来完成CSP封装。引线框架CSP技术使用的引线框架与传统封装引线框架的区别在于该技术使用的引线框架尺寸稍小,厚度稍薄。
微小模塑型CSP
是由日本三菱电机公司提出的一种CSP封装形式。芯片管脚通过金属导线与外部焊球连接,整个封装过程中不需使用额外引线框架,封装内芯片与焊球连接线很短,信号品质较好。
晶元级CSP
由ChipScale公司开发。其技术特点在于直接使用晶元制程完成芯片封装。与其他各类CSP相比,晶元级CSP所有工艺使用相同制程完成,工艺稳定。基于上述优点,晶元级CSP封装有望成为未来的CSP封装的主流方式。
先进封装
堆叠封装:
堆叠封装分类:
堆叠封装技术是一种对两个以上芯片(片芯、籽芯)、封装器件或电路卡进行机械和电气组装的方法,在有限的空间内成倍提高存储器容量,或实现电子设计功能,解决空间、互连受限问题。
堆叠封装分为定制堆叠和标准商业堆叠两大类型:前者是通过芯片层次工艺高密度化,其设计和制造成本相对较高;后者采用板卡堆叠、柔性电路连接器联接、封装后堆叠、芯片堆叠式封装等方式,其成本比采用单芯片封装器件的存储器模块高平均15%~20%。应该看到,芯片堆叠式封装的成本效率最高,在一个封装体内有2~5层芯片堆叠,从而能在封装面积不变的前提下,有效利用立体空间提高存储容量,主要用于DRAM、闪存和SRAM。另外,通过堆叠TSOP可分别节约50%或77%的板级面积。

堆叠封装的特点:
芯片堆叠封装主要强调用于堆叠的基本“元素”是晶圆切片。
多芯片封装、堆叠芯片尺寸封装、超薄堆叠芯片尺寸封装等均属于芯片堆叠封装的范畴。芯片堆叠封装技术优势在于采用减薄后的晶圆切片可使封装的高度更低。
堆叠封装有两种不同的表现形式,即PoP堆叠(Package on Package,PoP)和PiP堆叠(Package in Package Stacking,PiP)。
PoP堆叠使用经过完整测试且封装完整的芯片,其制作方式是将完整的单芯片或堆叠芯片堆叠到另外一片完整单芯片或堆叠芯片的上部。其优势在于参与堆叠的基本“元素”为成品芯片,所以该技术理论上可将符合堆叠要求的任意芯片进行堆叠。
PiP堆叠使用经过简单测试的内部堆叠模块和基本组装封装作为基本堆叠模块,但受限于内部堆叠模块和基本组装封装的低良率,PiP堆叠成品良率较差。但PiP的优势也十分明显,即在堆叠中可使用焊接工艺实现堆叠连接,成本较为低廉。
PoP封装外形高度高于PiP封装,但是装配前各个器件可以单独完整测试,封装后的成品良率较好。
堆叠封装技术中封装后成品体积最小的应属3D封装技术。
3D封装可以在更小,更薄的封装壳内封装更多的芯片。按照结构可3D封装分为芯片堆叠封装和封装堆叠封装。
晶圆级封装(WLP)
WLP的优势:
晶圆级封装(WLP)就是在封装过程中大部分工艺过程都是对晶圆(大圆片)进行操作,对晶圆级封装(WLP)的需求不仅受到更小封装尺寸和高度的要求,还必须满足简化供应链和降低总体成本,并提高整体性能的要求。
晶圆级封装提供了倒装芯片这一具有极大优势的技术,倒装芯片中芯片面朝下对着印刷电路板(PCB),可以实现最短的电路径,这也保证了更高的速度,降低成本是晶圆级封装的另一个推动力量。
器件采用批量封装,整个晶圆能够实现一次全部封装。在给定晶片上封装器件的成本不会随着每片晶片的裸片数量而改变,因为所有工艺都是用掩模工艺进行的加成和减法的步骤。
WLP技术的两种类型:
总体来说,WLP技术有两种类型:“扇入式”(fan-in)和“扇出式”(fan-out)晶圆级封装。
传统扇入WLP在晶圆未切割时就已经形成。在裸片上,最终的封装器件的二维平面尺寸与芯片本身尺寸相同。器件完全封装后可以实现器件的单一化分离(singulation)。因此,扇入式WLP是一种独特的封装形式,并具有真正裸片尺寸的显著特点。具有扇入设计的WLP通常用于低输入/输出(I/O)数量(一般小于400)和较小裸片尺寸的工艺当中。
另一方面,随着封装技术的发展,逐渐出现了扇出式WLP。扇出WLP初始用于将独立的裸片重新组装或重新配置到晶圆工艺中,并以此为基础,通过批量处理、构建和金属化结构,如传统的扇入式WLP后端处理,以形成最终封装。
扇出式WLP可根据工艺过程分为芯片先上(Die First)和芯片后上(Die Last),芯片先上工艺,简单地说就是先把芯片放上,再做布线(RDL),芯片后上就是先做布线,测试合格的单元再把芯片放上去,芯片后上工艺的优点就是可以提高合格芯片的利用率以提高成品率,但工艺相对复杂。eWLB就是典型的芯片先上的Fan out工艺,长电科技星科金朋的Fan-out,安靠(Amkor)的葡萄牙工厂均采用的芯片先上的工艺。TSMC的INFO也是芯片先上的Fan-out产品。安靠和ASE也都有自己成熟的芯片后上的Fan-out工艺。
