文章來源：學習那些事

原文作者：前路漫漫

本文主要介紹芯片級封裝（CSP）。

CSP、倒裝芯片、圓片級封裝的區別

CSP：封裝尺寸與芯片相當，一般超過IC尺寸的20%，是IC級單芯片封裝技術，采用標準SMT組裝，并進行包封和測試。

倒裝芯片：屬于圓片級加工技術，在圓片上制作焊料凸點，芯片面朝下進行封裝互連，目前通常無法進行圓片級老化和測試。

圓片級封裝：在圓片上加工電互連結構，采用SMT技術倒裝互連，然后在圓片上完成包封、測試、老化，分割后得到IC成品。

CSP的起源與定義

CSP的概念最早于1993年由Fuiitsu公司的Junichi Kasai和Hitachi Cable公司的Gen Murakami提出。1994年，Mitsubishi Electric公司首次將其實現，它是由BGA經縮小外形和端子間距發展而來。

在CSP技術發展初期，其定義處于模糊與不統一的狀態，各廠商對其界定存在顯著差異。隨著技術演進，行業逐步形成了幾種廣泛認可的定義標準：日本電子工業協會將芯片面積與封裝體面積比例超過80%的封裝形式歸類為CSP；美國國防部元器件供應中心在J - STK -012標準中明確，若LSI封裝產品面積不超過LSI芯片面積的120%，即可認定為CSP；松下電子工業公司則以封裝產品邊長與芯片邊長差值小于1mm作為CSP判定依據。盡管表述有所不同，但這些定義均聚焦于同一核心特質——CSP具備高度緊湊的封裝形態，在尺寸上極大程度地趨近于芯片本體。

CSP的性能優勢

超小體積與輕薄設計

CSP堪稱當前體積最小的LSI芯片封裝技術之一。在引腳數量相同的情況下，CSP的面積相較于0.5mm節距QFP，不到其十分之一，僅為普通BGA封裝的三分之一至十分之一 。而且，CSP不僅面積小，厚度也極薄，這對于追求輕薄化的電子產品來說，具有極大的吸引力，能夠有效提升產品的空間利用率和便攜性。

卓越的電性能

CSP內部布線極為精簡，相較于QFP或BGA封裝，其布線長度大幅縮短 。這一優勢直接帶來了寄生電容的減小以及信號傳輸延遲時間的降低。即便面對時鐘頻率超過100MHz的LSI芯片，CSP也能輕松應對，確保信號的高速、穩定傳輸。同時，CSP的存取時間相較于QFP或BGA封裝改善了15% - 20% ，開關噪聲也控制在極低水平，為芯片的高效運行提供了堅實保障。

出色的散熱能力

在散熱方面，CSP具備獨特的優勢。大多數CSP采用將芯片面向下安裝的方式，使得芯片產生的熱量能夠通過最短的路徑，從芯片背面快速傳導至外界 。這種高效的散熱方式，配合空氣對流或安裝散熱器等手段，可以對芯片進行充分散熱，有效避免芯片因過熱而出現性能下降或故障，極大地提高了芯片在長時間、高負載運行時的可靠性。

高I/O密度

隨著集成電路技術的發展，芯片的I/O引腳數目不斷增加。CSP通過縮小封裝面積，在有限的空間內實現了更高的I/O引腳密度 。其封裝面積可縮小到BGA的四分之一至十分之一，單位面積容納的I/O引腳數顯著增多，能夠很好地滿足現代芯片對大量I/O接口的需求，為芯片實現更復雜的功能提供了硬件基礎。

CSP的分類

按基片類型分類

引線框架式CSP：引線框架式CSP的封裝載體采用了與傳統塑封電路相似的引線框架結構，但在設計上進行了優化，具有更小的外形尺寸和更薄的厚度。其指狀焊盤創新性地延伸至芯片內部區域，形成緊密的電氣連接布局。在芯片與封裝的互連工藝方面，主要采用引線鍵合技術，其中金絲球焊是較為常用的工藝方法，通過這種方式，能夠可靠地實現芯片焊盤與CSP外部焊盤之間的電氣導通。得益于與常規塑封電路相近的制造工藝，引線框架式CSP在生產過程中無需進行大規模的設備和工藝調整，顯著降低了生產難度和成本，因而具備良好的規模化生產適應性。目前，富士通、日立等行業領先企業已掌握成熟的制造技術，成為該類產品的主要供應商，推動了引線框架式CSP在消費電子、通信等領域的廣泛應用。

剛性基片式CSP：IC載體基片由多層布線陶瓷或多層布線層壓樹脂板制成 。這種基片具有較高的強度和穩定性，能夠為芯片提供良好的電氣連接和物理支撐。摩托羅拉、索尼、東芝、松下等公司在剛性基片式CSP領域較為領先。

撓性基片CSP：IC載體基片采用塑料薄膜等柔性材料制成，在薄膜上制作有多層金屬布線 。該類型CSP具有良好的柔韌性，能夠適應一些特殊的應用場景，如可穿戴設備等對封裝柔韌性有要求的領域。代表產品包括Tessera公司的microBGA、CTS公司的sim - BGA等。

晶圓級芯片尺寸（WLCSP）：主要封裝工藝在晶圓上完成，通過介質膜和布線實現從焊盤到焊球外引腳的電性連接以及與其他部分的絕緣 。這種封裝方式直接在晶圓階段進行，避免了后續對單個芯片的復雜封裝工序，極大地提高了生產效率，同時進一步減小了封裝尺寸。并且，WLCSP可以在晶圓上進行測試和老化篩選，保證了產品的質量和可靠性。

按互連方式分類

倒裝片鍵合CSP;采用芯片有源面反向朝下的獨特安裝方式，借助芯片表面預設的焊球與基板直接完成電氣連接。這種互連架構顯著縮短了芯片與基板間的信號傳輸路徑，大幅降低了寄生電感與電容效應，從而顯著提升了高頻信號傳輸的穩定性與電氣性能。

在工藝實現層面，倒裝片鍵合CSP需依賴多項關鍵技術協同作業。首先，二次布線技術將芯片周邊原始焊盤重新布局為間距優化的陣列結構，為后續連接創造條件；其次，凸點形成技術通過電鍍金或焊料沉積工藝，在再分布焊盤上構建可靠的連接凸點；然后，倒裝片鍵合技術利用高精度設備將帶有凸點的芯片精準貼合至基板；最后，包封環節采用特殊材料與工藝，著重控制空洞、裂紋產生，增強封裝體的水汽阻隔能力，確保長期使用的可靠性。

引線鍵合CSP：采用短引線鍵合的方式，將芯片焊盤與封裝基片焊盤連接起來 。這種互連方式工藝相對成熟，成本較低。在生產過程中，需要先對晶圓進行減薄、劃片處理，然后進行芯片鍵合和引線鍵合，最后進行模塑包封、安裝焊球等后續工序 。

TAB鍵合CSP：使用TAB（載帶自動鍵合）技術實現芯片與封裝基片的連接 。首先在圓片上制作凸點并進行減薄、劃片，接著進行TAB內焊點鍵合，將引線鍵合在柔性基片上，然后進行TAB鍵合線切割成型和外焊點鍵合，最后進行模塑包封和安裝焊球 。TAB鍵合CSP適用于一些對引腳間距和電氣性能有特定要求的應用場景。