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上世紀(jì)80年代,芯片的TSOP封裝技術(shù)出現(xiàn),得到了業(yè)界廣泛的認(rèn)可。TSOP封裝有一個(gè)非常明顯的特點(diǎn),就是成品成細(xì)條狀長(zhǎng)寬比約為2:1,而且只有兩面有腳,適合用SMT技術(shù)(表面安裝技術(shù))在PCB(印制電路板)上安裝布線。TSOP封裝外形尺寸時(shí),寄生參數(shù)(電流大幅度變化時(shí),引起輸出電壓擾動(dòng)) 減小,適合高頻應(yīng)用,操作比較方便,可靠性也比較高,同時(shí)TSOP封裝具有技術(shù)簡(jiǎn)單、成品率高、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn),因此得到了極為廣泛的應(yīng)用。
TSOP可以通過SMD制作成SD卡、MiniSD卡、CF卡或是集成到MP3/MP4、移動(dòng)存儲(chǔ)器等不同的終端產(chǎn)品中,具有柔韌性。TSOP封裝方式中,內(nèi)存芯片是通過芯片引腳焊接在PCB板上的,焊點(diǎn)和PCB板的接觸面積較小,使得芯片向PCB板傳熱就相對(duì)困難。而且TSOP封裝方式的內(nèi)存在超過150MHz后,會(huì)產(chǎn)生較大的信號(hào)干擾和電磁干擾。
單芯片TSOP生產(chǎn)工藝流程比較簡(jiǎn)單,只需要經(jīng)過一次貼片、一次烘烤、一次引線鍵合就可以了,流程如圖1:
我們可以根據(jù)封裝名稱來識(shí)別疊層芯片封裝中有多少個(gè)芯片。比如,“TSOP2+1”就是指一個(gè)TSOP封裝體內(nèi)有兩個(gè)活性芯片(ActiveDie)、一個(gè)空白芯片(Spacer),如果我們說“TSOP3+0”,那就是說一個(gè)TSOP封裝體內(nèi)有三個(gè)活性芯片、沒有空白芯片,以此類推。
圖2是最典型的TSOP2+1的封裝形式剖面和俯視圖,上下兩層是真正起作用的芯片(ActiveDie),中間一層是為了要給底層芯片留出焊接空間而加入的空白芯片(Spacer)??瞻仔酒?Spacer)由硅片制成,里面沒有電路。
我們以最簡(jiǎn)單的二芯片疊層封裝(TSOP2+X)為例查看其工藝流程:
方法一,仍然沿用單芯片封裝的液態(tài)環(huán)氧樹脂作為芯片粘合劑、多次重復(fù)單芯片的工藝,其工藝流程如下:
方法二,使用環(huán)氧樹脂薄膜作為芯片貼合劑。這種方法需要改變?cè)牧?,用環(huán)氧樹脂薄膜膠帶替代傳統(tǒng)的藍(lán)膜(如SPV224)。下圖是使用環(huán)氧樹脂薄膜膠替代藍(lán)膜后裝片工序的情形,裝片完成后,環(huán)氧樹脂薄膜就已經(jīng)和芯片粘在了一起,在貼片工序時(shí)我們只需要將芯片貼到引線框架上,不再需要在引線框架涂一層液態(tài)環(huán)氧樹脂,這就大大簡(jiǎn)化了工藝。工藝流程如下:
采用上述兩種方法來實(shí)現(xiàn)TSOP2+1封裝都是可行的。對(duì)比以上兩種工藝,我們可以發(fā)現(xiàn)第二種工藝流程少了兩次烘烤,方法二生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期更短,而且,由于多次烘烤會(huì)造成引線框架氧化及芯片粘污,烘烤次數(shù)減少對(duì)提高成品率和減少可靠性失效也很有好處。
將方法二簡(jiǎn)化,于是就得到了另一種實(shí)現(xiàn)兩層芯片疊層封裝的方法,即TSOP2+0,采用環(huán)氧樹脂薄膜作為芯片貼合劑,將兩個(gè)芯片錯(cuò)開一點(diǎn)位置留出焊區(qū)域,僅一端有焊線。
方法三,如果我們使用的設(shè)備可以同時(shí)完成多次貼片,那么實(shí)際的貼片工序就更加簡(jiǎn)單,即只有一次,這樣它的生產(chǎn)工藝甚至比單芯片封裝還簡(jiǎn)單。但是這種方法需要改變晶圓的生產(chǎn)工藝,將焊盤都放置在芯片的一端。
上述三種疊層芯片的封裝工藝,方法一使用環(huán)氧樹脂銀漿,成本低,但是工藝難度很高、成品率低,即使是最簡(jiǎn)單的TSOP2+1其成品率能達(dá)到99.5%就幾乎不可能再提升了,由于其工藝性差,目前不能使用在更高密度的封裝中。方法二中雖然環(huán)氧樹脂薄膜成本高,但是由于環(huán)氧樹脂薄膜是在裝片(W/M)的時(shí)候粘貼到芯片背面,不必考慮液態(tài)環(huán)氧樹脂工藝的復(fù)雜性,所以工藝簡(jiǎn)單、成品率可達(dá)99.9%。方法三由于只有兩次貼片(D/A)、一次引線鍵合(W/B),所以不僅工藝簡(jiǎn)單、成品率高,可以穩(wěn)定在99.90%以上,而且成本相對(duì)也比較低。如果我們將成品率與成本相結(jié)合,最好的方法顯然是第三種,成本最低、工藝最簡(jiǎn)單。但是,這種工藝有其局限性,需要改變芯片的制作布局,將焊盤布置在芯片的一端,如果晶圓的布線無法做到,則無法實(shí)現(xiàn)。
第二、第三種方法都可以用于更高密度的封裝中,TSOP4+0、TSOP5+0、TSOP4+3等都是在TSOP2+X基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。
疊層芯片封裝是封裝技術(shù)發(fā)展的主流,因?yàn)樗狭朔庋b技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)即:大容量、高密度、多功能、低成本。和過去單芯片封裝技術(shù)相比,它打破了單純以封裝類型的更替來實(shí)現(xiàn)大容量、高密度、多功能、低成本的限制,而且,由于疊層技術(shù)的出現(xiàn),它讓一些似乎已經(jīng)過時(shí)的封裝類型重新煥發(fā)生機(jī)。
2006年對(duì)于TSOP封裝來講是非常重要的一年。由于TSOP封裝的容積率和運(yùn)行速度不及BGA封裝,這種曾經(jīng)廣泛應(yīng)用于DRAM的封裝類型在DDR/DDRII中已經(jīng)消失。但是隨著數(shù)碼產(chǎn)品的大量普及,人們對(duì)大容量、高密度、低成本的存儲(chǔ)卡的需求激增,它已經(jīng)成了僅次于SIP的NAND存儲(chǔ)器的封裝類型。
在TSOP的封裝技術(shù)發(fā)展方面,主要有TSOP2+0、TSOP2+1、TSOP3+0、TSOP4+0、TSOP5+0、TSOP4+3等,其技術(shù)已經(jīng)非常成熟、成品率高。由于芯片面積越來越大,為了解決焊接空間的不足,一些在SIP封裝中得到應(yīng)用的新技術(shù)也將開始出現(xiàn)在TSOP高密度封裝中。為了解決由于SIP的柔韌性不足的問題,TSOPSIP也會(huì)成為另一發(fā)展方向。