Tartalomjegyzék
Chip Scale Package (CSP) egy innovatív integrált áramköri csomagolási technológia, amely kivételes teljesítmény, jelentős méretcsökkentés és továbbfejlesztett elektromos jellemzők. Ebben a bejegyzésben bemutatjuk, mi a CSP, annak előnyeit, felépítését, főbb típusait, felhasználási módjait, tervezési kérdéseit, és összehasonlítjuk a QFP-vel, a BGA-val és az LGA-val.
Mi az a CSP (Chip Scale Package)?
A chipméretű csomag (CSP) egy olyan felületszerelési technológia csomagoláshoz integrált áramkörök (IC-k).
A múltban a chipméretű csomagolást olyan csomagként definiálták, amelynek méretei nem haladhatják meg a félvezető lapka megfelelő méretének 1,2-szeresét. De manapság, a CSP fogalmát "1 mm-es vagy annál kisebb gömbmélységű, közel die-méretű csomagokra" módosították.
A CSP javítja az integrált áramkör méretét, súlyát, hatékonyságát, dielektromos és termikus teljesítményét a régebbi csomagokhoz képest, mint például a QFP (Quad Flat Package) és BGA (Ball Grid Array).
A CSP előnyei
- Miniatürizálás és kis méret: A chipméretű csomagolás ideális a következőkhöz helyszűkös tervek mivel nagyon kevés helyet foglal.
- Könnyűsúly: A csökkentett tömeg, a CSP-k tökéletesek a hordozható elektronikához, például okostelefonokhoz és hordozható eszközökhöz.
- Fokozott elektromos teljesítmény: A rövidebb összeköttetések a CSP-kben alacsonyabb ellenállást és jobb minőséget eredményeznek. jelintegritás.
- Jobb hőelvezetés: Die-lapkák közötti összeköttetések megbízhatóbb működést tesznek lehetővé és javítják a hőátadást.
- Költséghatékony: A CSP-csomagok kevesebb anyagot használnak fel, mint a hagyományos csomagok, ami csökkenti a teljes gyártási költséget.
A chipméretű csomagok típusai
Wafer-szintű CSP (WL-CSP)
Wafer-Level CSP történik, miközben a az ostya sértetlen. Ez a technika azért előnyös, mert költséghatékony és lehetővé teszi a további miniatürizálást. A WL-CSP a legkompaktabb forma mert nincs további szubsztrátum szükséges.
- Példa: Az okostelefonokban használt érzékelők és energiagazdálkodási IC-k.
Flip Chip CSP (FC-CSP)
A chip forrasztási oldalával lefelé fordítva csatlakoztatva a címre. rövidebb elektromos útvonalakat és kiváló hőteljesítményt biztosítanak. Ez a tokozási technika hatékonyabb jel- és energiagazdálkodást kínál, mint a vezetékkötést alkalmazó csomagok.
- Példa: A fejlett többmagos processzorokban, grafikus feldolgozóegységekben és rádiófrekvenciás integrált áramkörökben használatos, amelyek alacsony késleltetést igényelnek.
Fine-Pitch BGA (FBGA)
FBGA fokozza a BGA építés a kisebb átmérőjű forraszgolyók. Ez nagyobb sűrűséget eredményezhet, és növelheti a kapcsolatok számát. Az FBGA kedvezőbb elektromos jellemzőkkel rendelkezik, mint a szabványos BGA-k, és megőrzi a mechanikai megbízhatóságot.
- Példa: Memóriachipekben (DRAM, NAND flash) és hálózati integrált áramkörökben (IC-k) használatos, nagyszámú összeköttetéssel.
Leadframe-alapú CSP
Leadframe-alapú CSP esetében, a forrasztási dudorok helyett fém ólomkeretet használnak. Így jó termikus és elektromos tulajdonságokat, valamint gazdaságos csomagolást biztosít. A hagyományos QFP és a fejlett CSP technológiák hibridje.
- Példa: Használt mikrokontrollerek és teljesítmény integrált áramkörök (IC-k) autóipari alkalmazásokhoz.
A CSP felépítése és fő jellemzői
Die (szilícium die): Az elektronikus műveleteket végző szilícium félvezető chip.
Újraelosztási réteg (RDL): Az RDL egy vékonyrétegű kötési pad és összekapcsolási szint. Javítja az oa forrasztási varratok helyzete a jobb elektromos csatlakozások és a csomag teljesítménye érdekében.
Forrasztás Dudorok: Az apró, félgömb alakú forrasztási kötések, amelyek egy lapkát a szubsztráthoz vagy a NYÁK-laphoz kapcsolnak, hogy elektromos kapcsolatokat alakítsanak ki. Ezenkívül mechanikai kötést is biztosítanak közöttük.
Védőbevonat: A védőbevonat tartós tokozóanyag, gyakran epoxi vagy poliimid. Ez védi a chipet és az összeköttetéseket a durva környezeti károktól és mechanikai feszültségek.
A chipméretű csomagok alkalmazásai
Okostelefonok & tabletták
A CSP mérete és kapacitása is szerepet játszik a magas többfeladatú és mobil teljesítményű képességekben. A mobilelektronikában ma már követelmény a hosszú ideig tartó nagy mobil teljesítmény. A chip scale package-et széles körben használják a csúcskategóriás okostelefonokban az olyan modulokban, mint például a kamera, processzor és a fejlett energiagazdálkodási egységek amelyek a csúcskategóriás okostelefonokhoz kapcsolódnak.
Viselhető elektronika
A CSP miniatűr mérete és könnyű súlya miatt tökéletesen alkalmas a következőkhöz kompakt viselhető eszközök. Anélkül, hogy a készülék terjedelmes lenne, minőséget és megbízhatóságot biztosít. Alkalmazása az okosórák érzékelőiben, a fitneszkövetők chipjeiben és a vezeték nélküli fülhallgatók alkatrészeiben látható.
Autóipar Elektronika
A CSP ellenáll a szélsőséges körülményeknek, miközben stabil kapcsolatot biztosít a kritikus rendszerek számára. Robusztussága alkalmassá teszi az autóipari CSP alkalmazásokhoz. A CSP-t új járművekben, például ADAS-érzékelőkben és ECU-modulokban, valamint infotainment-rendszerekben alkalmazzák.
Orvostechnikai eszközök
A CSP-k a miniatürizálásnak és megbízhatóságuknak köszönhetően megkönnyítik az életmentő beültethető és hordozható orvosi eszközök használatát. A CSP-k szilárd jellege stabil funkcionalitást biztosít az érzékeny alkalmazások számára. Az orvostudományban pacemakerekben, hordozható diagnosztikai eszközökben és inzulinpumpákban használják őket.
Chip Scale Package gyártási folyamat
A chipméretű csomagolás (CSP) gyártási folyamata több kritikus lépést foglal magában, amelyek mindegyike döntő szerepet játszik a végtermék teljesítményében, megbízhatóságában és hozamában. A teljes folyamat nagyjából a következő:
1. Wafer előkészítés
A szilícium ostya vékonyítása és polírozása, hogy megfeleljen a vékony és hőelvezetés követelmények. Az ostyavastagságot jellemzően úgy szabályozzák, hogy kevesebb mint 100 μm a kompaktabb csomagolási struktúra elérése érdekében.
2. Újraelosztó réteg (RDL) kialakítása
Az ostya felületén egy fém vezetékréteget alakítanak ki a pad pozíciók újraelosztása érdekében. Az RDL segítségével nagyobb I/O-sűrűség érhető el, optimalizálható a jelek útvonalvezetése és javítható az elektromos teljesítmény.
3. Bumping Folyamat
Ez a központi folyamat a CSP és a rendszer közötti elektromos és mechanikus kapcsolatok létrehozásának alapvető folyamata. PCB vagy szubsztrátum. A pad pozíciókban forrasztási dudorok vagy rézoszlopok alakulnak ki.
Az eljárás magában foglalja a galvanizálást, az ónszórás vagy a golyóelhelyezést, a különböző ütközéses eljárások kiválasztása az alkalmazási követelmények alapján történik.
4. Wafer Dicing
Az elkészült csomagolási struktúrával ellátott ostyát egyedi chipekre vágják. Nagy pontosságú vágásra van szükség a mikrorepedések elkerülése érdekében az ostyaszéleknél, amelyet általában lézervágással vagy gyémánt szerszámokkal érnek el.
5. Összeszerelés és tokozás
Egyedi chipek rögzítése közvetlenül a NYÁK-ra vagy a hordozóra forraszgömbök segítségével. A chipeket ezután epoxigyantával vagy poliimiddel kapszulázzák a nedvesség, por és mechanikai ütések elleni védelem érdekében.
6. Reflow forrasztás
Előadás reflow forrasztás ellenőrzött hőmérsékleti profil mellett, hogy a chipet biztonságosan a hordozóhoz ragassza. A csúcshőmérsékletet általában 235-245°C között szabályozzák a kötés megbízhatóságának biztosítása érdekében.
7. Tesztelés és Minőségbiztosítás
Elektromos vizsgálat az összes I/O csap csatlakoztathatóságának és teljesítményének megerősítése érdekében.
Röntgenellenőrzés a rejtett kötésekben lévő üregek és hibák ellenőrzésére szolgál.
Ultrahangos pásztázó mikroszkópot (SAM) használnak a delaminációs és buborékhibák felderítésére.
A CSP tervezési kihívásai
Hőgazdálkodás
A CSP nagy áramköri sűrűsége miatt a CSP-csomagoknak meg kell küzdeniük a túlmelegedéssel. Az ilyen csomagok meghaladják a 100-150 W/cm² küszöbértéket, ami túlmelegedést eredményez. A CSP-berendezéseket a megbízható működés érdekében 125 °C alatt kell tartani, ami megelőző intézkedések alkalmazását vonja maga után.
A tervezők a hőátvezetők, hőelosztók és beágyazott hűtés ennek a problémának a leküzdésére.
PCB elrendezés Komplexitás
A CSP-k ultrafinom osztása (gyakran ≤0,4 mm) és nagy I/O-sűrűsége miatt a nyomtatott áramköri lapokon gondos útválasztásra van szükség. A jelintegritással kapcsolatos problémák a crosstalk valamint az impedancia megszakítások miatt legalább 4-6 rétegű lapok ellenőrzött impedanciájú nyomvonalakkal, valamint optimalizált via struktúrákkal a jelintegritás fenntartása érdekében.
Megbízhatósági aggályok
A forrasztási kötés fáradása különösen problémás hőciklusok (-40°C és +125°C között) esetén. A kis bump méret (~100-200 µm) és a kicsiny összeköttetések miatt olyan védőtöltetekre van szükség, amelyek >50 MPa-nál nagyobb tapadási szilárdsággal rendelkeznek a repedések megelőzése érdekében.
Tesztelési kihívások
A kompakt CSP-konfigurációban a szondákhoz való hozzáférés korlátozott, ami különösen megnehezíti az elektromos validálást. Pontosság az azonosításban hibák és a teljesítmény ellenőrzése nehéz a tesztlapokhoz való korlátozott hozzáférés miatt, amelyek a legtöbb esetben 150 µm-nél kisebbek. Speciális mikroszondázási és határfelület-szkennelési technikák gyakran van szükség.
CSP összehasonlítás a QFP, BGA és LGA modellekkel
Asztal: BGA vs. LGA
| Jellemző | QFP (Quad Flat csomag) | CSP (Chip Scale Package) | BGA (Ball Grid Array) | LGA (Land Grid Array) |
| Méret | Közepes | Legkisebb, majdnem kocka méretű | Közepes-nagy | Közepes |
| Pitch | Finom osztás, ≤0,5 mm | Ultrafinom osztás, ≤0,4 mm | Közepes-finom osztás | Közepes-finom osztás |
| Termikus | Mérsékelt | Kiváló | Jó | Jó |
| Elektromos | Mérsékelt, hosszabb vezetékek parazitákat okoznak | Kiváló, rövidebb összeköttetések javítják a jelintegritást | Jó | Jó |
| Megbízhatóság | Hajlított vezetékek és termikus fáradásra hajlamos | Nagyban függ a folyamattól és az anyagoktól | Stabil, ellenáll a mechanikai igénybevételnek | Stabil |
| Költségek | Alacsony | Közepes | Közepes-magas | Közepes |
| Alkalmazások | Szórakoztató elektronika, olcsó eszközök | Okostelefonok, viselhető eszközök, orvosi eszközök | Memóriachipek, processzorok, GPU-k | Nagy teljesítményű számítástechnika, szerverek |
Kiválasztási irányelvek
-
Válassza ki a CSP-t: Amikor szükség van a a lehető legkisebb méret és könnyű csomagolás (pl. hordozható eszközök, okostelefonok, hordozható orvosi eszközök) megfelelő elektromos és termikus teljesítményre van szükség.
-
Válassza ki a címet. QFP: In kis I/O-számú, gazdaságos alkalmazások (pl. alacsony árfekvésű fogyasztói eszközök, vezérlők), ha a NYÁK elrendezése nem bonyolult.
-
Válassza ki a címet. BGA: When nagyobb I/O sűrűség és nagyobb megbízhatóság (pl. memóriaeszközök, GPU-k, hálózati IC-k), akkor a közép- és csúcskategóriás termékekhez a legalkalmasabb.
-
Válassza ki a címet. LGA: Alkalmas nagy sűrűségű és nagyfrekvenciás összeköttetések jó hővezető képességgel és egyszerű karbantartással (pl. távközlési berendezések, szerverek).
Következtetés
Összefoglalva, chipméretű csomagolási technológia (CSP) ajánlatok jelentős előnyökkel jár a miniatürizálás, az elektromos teljesítmény, a hőkezelés és a költséghatékonyság tekintetében. Ezáltal a modern elektronika területén az innováció egyik legfontosabb hajtóerejévé válik. Bár vannak tervezési kihívások, ezek leküzdhetők a következőkkel megfelelő mérnöki gyakorlat a megbízható működés biztosítása érdekében olyan alkalmazásokban, mint az okostelefonok, a viselhető eszközök, az autóipari rendszerek és az orvosi elektronika.
⚡Készen áll arra, hogy a CSP-t beépítse a következő elektronikai tervezésébe?
Lépjen kapcsolatba az ELEPCB-vel még ma a oldalon. szakértői útmutatás, személyre szabott megoldások és magas színvonalú gyártási támogatás a CSP-csomagolás és a fejlett NYÁK-elemek esetében. ELEPCB használat élvonalbeli chip-szintű technológia a termékek előállításához kisebb, okosabb és hatékonyabb.
GYIK
A1: A túlmelegedés elleni védelem hiánya egyértelműen megmagyarázza a túlmelegedés előfordulását. A jobb hőelvezetés elérése érdekében gondoskodjon hőelvezetésről, használjon legalább 0,3 mm átmérőjű termikus átvezetéseket, és biztosítsa a ≥ 2 oz rézvastagságot a NYÁK-on.
A2: A repedések megjelenésének megelőzése érdekében alkalmazzon >50 MPa tapadási szilárdságú alultöltést, valamint optimalizálja az újraolvasztási profilt 235-245°C-os csúcshőmérséklettel. A mechanikai feszültségek kiküszöbölése érdekében alkalmazza az IPC-7351-es lapkakialakítási szabályokat a NYÁK-ra.
A3: A nem megfelelő távolság keresztbeszólásokhoz vezet. Alkalmazzon 4-6 rétegű, földsíkkal ellátott nyomtatott áramköri lapokat. Tartsa a nyomvonalak hosszát 10 mm alatt, miközben az impedancia a célértékek 10% értékén belül marad.
A4: Alkalmazzon határfelületi letapogatásos (JTAG) tesztelést, és használjon 100 µm-nél kisebb átmérőjű hegyű mikroszondákat. A röntgenvizsgálati technológia segít a rejtett forrasztási hibák és üregek felderítésében, ahol a 25% feletti terület nem megengedett.
KAPCSOLATFELVÉTEL
Hungarian 
English 
Italian