《兴森大求真》先进封装之CSP及基板技术

一、封装演进与CSP
芯片封装是半导体产业中的一个重要环节，它是芯片与外界信号互连的通道，同时对裸芯片起到固定、密封、散热、保护等多种功能。
在封装演进的历程中，经历了以Leadframe引线框架为载体的插装和贴装时代，提供低成本和高可靠性的封装解决方案，但引脚仅能排列在芯片四周，无法有效提高I/O数量。随着芯片性能提升的需求，90年代进入面阵列封装时代。起初有Leadframe为载体的QFN，缩小封装所占面积。但真正意义的面阵列封装，是以基板为载体的BGA和CSP封装，它们真正实现了底部阵列出表贴引脚，大大提高了IO密度，缩短互连路径，外部引出IO数量提升到上百，甚至数千。
近20年以来，以FC面阵列封装为起步，以2.5D/3D多芯片异构集成为代表的先进封装踏入历史舞台。其中CSP封装依然扮演了重要角色。

二、CSP封装的概念
CSP封装（Chip Scale Package）指芯片级封装，其封装尺寸和芯片核心尺寸基本相同，一般芯片面积与封装面积的比例约在1:1.2以内，凡是符合这一标准的封装都可以称之为CSP。
CSP封装，最早大规模应用在手机等消费类电子产品。这些产品向多功能低功耗演进，同时需要满足客户更轻薄短小的体验需求，要求芯片封装高度集成化。CSP封装正是顺应这类需求，从BGA转变而来。

三、CSP封装的分类及典型应用
按照封装物理架构以及连接方式，CSP封装可以分为WBCSP和FCCSP两个大类。WBCSP封装中，有用于指纹芯片的LGA封装，用于DDR芯片的BOC封装，以及 用于存储器多芯片堆叠的封装，等等。FCCSP封装中，除了单芯片封装，也有用于存储器的MCM多芯片模组，用于射频模组的SiP，集成天线的AiP封装，等等。
WBCSP相对更成熟，以稳定的封装品质和较低的成本，成为多种芯片封装的优先选择。但，从封装技术的进步来看，高阶产品会越来越多选择FC的模式，因为在扩充IO数量、提升电性能、降低封装厚度、提升散热效率方面，FCCSP有着显著优势。

CSP封装，广泛应用于存储器、AP应用处理器、射频模块等多个领域，涉及的系统产品包括智能手机、电视机、视屏监控器、汽车，等等。FCCSP封装结构中，也有多芯片堆叠的POP封装，例如下图所示，可以说是先进CSP封装的代表了。上层封装，四层LPDDR存储芯片堆叠，打线连接到CSP基板。下层封装，处理器或控制芯片倒装连接到CSP基板。最后将两个封装堆叠，用锡柱连接起来。

 四、CSP基板的技术趋势
CSP基板做为CSP封装的重要载体，承载着信号互连、机械支撑、以及底部散热的功能。
对应前文所述的CSP封装主流应用领域，CSP基板有两个主流演进方向。其中存储器和应用处理器，为支持更多的IO接口同时缩小封装尺寸，FCCSP基板需要持续减薄同时增加线路密度，这样需求更薄的基板和更精细的线路制程。射频模组，为获取更好的信号和集成性能，基板层数持续提升，同时高频材料的应用越来越广泛。

五、CSP基板关键工艺挑战
概括起来，CSP基板有四大关键工艺挑战：超薄、精细线路、多层数，同时需要自动化生产来保障其质量稳定性。除此之外，微孔、高频高速高稳定的板材、多种表面处理、阻焊，也是CSP基板的关键技术。

·精细线路制程：CSP基板精细线路的实现路径，主要包括Tenting-减成法、MSAP-改良半加成法、ETS-埋线路三种制程。这三种制程的可实现的线路精细度不同，同时由于复杂度不同带来的成本不同。其中，ETS属于Coreless无芯基板制程，但制作的线路最精细。

·超薄板：超薄板是存储芯片、可穿戴产品的重要需求。对于无芯基板，如图5，制造过程中会使用一种叫Detach Core的支撑层材料，以实现超薄、细线路板的制作。
·多层：CSP基板2-4层就能满足大多数要求，但是射频模块等产品高频信号、高集成，对基板层数也有更高要求，甚至到10L以上。这在芯板很薄的前提下，挑战很大。

·多种表面处理：应对CSP封装芯片不同的应用场景，有不同的表面处理要求，如下表所示。

·自动化：
上述薄板精细线路和多层都是CSP封装基板的关键技术挑战，唯有高度自动化的产线，才能实现稳定高效的连续生产，保障产品高品质和快速交付。

六、总结
CSP封装是芯片封装发展历程中的一个重要形式，由于其封装轻薄短小，制造相对成熟、成本相对低，功耗相对小的几个优势，为电子产品的小型化多功能化提供有力支持。2000年后，在AP、存储、射频、感应器等多领域，CSP封装变得越来越普及，封装结构越来约复杂，共同推动先进封装进步。
做为CSP封装的主要载体——CSP基板，也相应地向 超薄、精细线路、多层、自动化方向演进，不断迎接更大挑战。