芯片小体积封装的典范——CSP封装

电子专业 徐 自远 927℃

在之前的文章中,小编曾介绍过一些芯片的封装形式。传送门随着柔性PCB的迅猛发展,CSP封装得到了极大的重视。今天小编就为各位看官介绍一下CSP封装的故事,并总结一下它的特点。

CSP的故事

CSP(Chip Size PACkage),即芯片尺寸封装。它的面积(组装占用印制板的面积)与芯片尺寸相同或比芯片尺寸稍大一些,而且很薄。这种封装形式是由日本三菱公司在1994年提出来的(可见芯片封装形式的发展是一个及其漫长的过程)。对于CSP,有多种定义:日本电子工业协会把CSP定义为芯片面积与封装体面积之比大于80%的封装;美国国防部元器件供应中心的J-STK-012标准把CSP定义为LSI封装产品的面积小于或等于LSI芯片面积的120%的封装;松下电子工业公司将之定义为LSI封装产品的边长与封装芯片的边长的差小于Imm的产品等。这些定义虽然有些差别,但都指出了CSP产品的主要特点——封装体尺寸小。从下图可见,相同逻辑规模的两款芯片,采用SOP封装形式的芯片(右)比采用CSP封装形式的芯片(左)体积小得多。

SP技术是在电子产品的更新换代时提出来的,它的目的是在使用大芯片(芯片功能更多,性能更好,芯片更复杂)替代以前的小芯片时,其封装体占用印刷板的面积保持不变或更小。正是由于CSP产品的封装体小、薄,因此它的手持式移动电子设备中迅速获得了应用。在1996年8月,日本Sharp公司就开始了批量生产CSP产品;在1996年9月,日本索尼公司开始用日本TI和NEC公司提供的CSP产品组装摄像机;在1997年,美国也开始生产CSP产品。目前,世界上已有几十家公司可以提供CSP产品,各类CSP产品品种多达一百种以上。

由于CSP产品的体积小、薄,因而它改进了封装电路的高频性能,同时也改善了电路的热性能;另外,CSP产品的重量也比其它封装形式的轻得多,除了在手持式移动电子设备中应用外,在航天、航空,以及对电路的高频性能、体积、重量有特殊要求的军事方面也将获得广泛应用。

CSP产品的特点

CSP是目前最先进的集成电路封装形式,它具有如下一些特点:

(1)体积小。在各种封装中,CSP是面积最小,厚度最小,因而是体积最小的封装。在输入/输出端数相同的情况下,它的面积不到0.5mm间距QFP的十分之一,是BGA(或PGA)的三分之一到十分之一。因此,在组装时它占用印制板的面积小,从而可提高印制板的组装密度,厚度薄,可用于薄形电子产品的组装;

(2)输入/输出端数可以很多。在相同尺寸的各类封装中,CSP的输入/输出端数可以做得更多。例如,对于40mm×40mm的封装,QFP的输入/输出端数最多为304个,BGA的可以做到600-700个,而CSP的很容易达到1000个。虽然目前的CSP还主要用于少输入/输出端数电路的封装;

(3)电性能好。CSP内部的芯片与封装外壳布线间的互连线的长度比QFP或BGA短得多,因而寄生参数小,信号传输延迟时间短,有利于改善电路的高频性能。

(4)热性能好。CSP很薄,芯片产生的热可以很短的通道传到外界。通过空气对流或安装散热器的办法可以对芯片进行有效的散热;

(5)CSP不仅体积小,而且重量轻,它的重量是相同引线数的QFP的五分之一以下,比BGA的少得更多。这对于航空、航天,以及对重量有严格要求的产品应是极为有利的。

(6)CSP电路,跟其它封装的电路一样,是可以进行测试、老化筛选的,因而可以淘汰掉早期失效的电路,提高了电路的可靠性;另外,CSP也可以是气密封装的,因而可保持气密封装电路的优点。

(7)CSP产品,它的封装体输入/输出端(焊球、凸点或金属条)是在封装体的底部或表面,适用于表面安装。

总结

没有CSP这样的小体积封装,柔性PCB的实现也就无从谈起。芯片体积越来越小的优势不言而喻,功耗比、晶元可切割片数等指标都会大幅提高。在后续的文章中,小编还会对CSP的应用做以介绍,敬请期待。

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