FCCSP與FCBGA的基本定義

FCCSP（Flip Chip Chip Scale Package）倒裝芯片級(jí)封裝

FCCSP是一種倒裝芯片級(jí)封裝技術(shù)，在這種封裝中，芯片通過(guò)倒裝的方式與基板連接。其封裝尺寸幾乎接近于裸芯片尺寸，一般芯片面積與封裝面積的比例約在1:1.1，按照J(rèn)EDEC（美國(guó)EIA協(xié)會(huì)聯(lián)合電子器件工程委員會(huì)）的JSTK - 012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，芯片封裝面積小于或等于LSI芯片面積的120%的產(chǎn)品稱(chēng)之為CSP，這也是FCCSP的基礎(chǔ)。FCCSP有多種形式，例如其中的一種是通過(guò)倒裝芯片的凸點(diǎn)連接，還有包膜成型的芯片尺寸封裝，采用模塑底部填膠（MUF）或毛細(xì)底部填膠（CUF）等形式，并且存在如超高密度（UHD）和高密度（HD）條帶格式等不同的格式類(lèi)型。它在一些芯片封裝中采用混合堆疊構(gòu)造，即倒裝芯片在底部，焊線芯片在頂部等多種構(gòu)造方式 。

FCBGA（Flip Chip Ball Grid Array）倒裝芯片球柵陣列封裝

FCBGA是一種將芯片倒置并連接到封裝基板上，然后使用球形焊點(diǎn)將封裝固定到基板上的封裝技術(shù)。芯片上的電路和焊球之間使用微小的焊錫球進(jìn)行連接，這些焊錫球位于芯片底部的金屬接點(diǎn)上，封裝基板上相應(yīng)位置的焊球墊片與芯片焊球?qū)?yīng)，形成芯片與封裝基板之間的電連接。FCBGA最早出現(xiàn)于1990年代初，1997年英特爾公司將FCBGA封裝技術(shù)首次應(yīng)用于處理器，1999年英特爾推出了第一款使用FCBGA封裝技術(shù)的芯片，即PentiumIII500處理器 。

FCCSP的特點(diǎn)

一、封裝尺寸與重量方面的特點(diǎn)

1. 接近芯片尺寸

• FCCSP的封裝尺寸非常接近裸芯片尺寸，一般不大于芯片面積的1.2倍。這一特點(diǎn)使得它在對(duì)空間要求苛刻的電子設(shè)備中具有很大優(yōu)勢(shì)，例如在智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備中，能夠有效節(jié)省空間，滿(mǎn)足產(chǎn)品輕薄化的設(shè)計(jì)需求。

• 以某款智能手機(jī)中的芯片為例，采用FCCSP封裝后，芯片和封裝整體在電路板上所占的面積相較于其他較大封裝形式明顯減小，從而為其他電子元件留出更多空間，有利于實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能集成 。

2. 輕薄

• FCCSP具有更薄、更輕的特點(diǎn)。在移動(dòng)設(shè)備中，重量和厚度是重要的考量因素。更輕的封裝有助于減輕整個(gè)設(shè)備的重量，更薄的封裝則可以使設(shè)備在設(shè)計(jì)上更加纖薄。例如在一些可穿戴設(shè)備中，如智能手表，輕薄的FCCSP封裝能夠更好地適應(yīng)設(shè)備的小型化和輕量化要求，不會(huì)給使用者帶來(lái)過(guò)多的負(fù)擔(dān)，同時(shí)也便于設(shè)備的攜帶和使用。

二、電氣性能方面的特點(diǎn)

1. 更高的布線密度與信號(hào)優(yōu)化

• FCCSP封裝可以提供更高的布線密度，更低的電感，更短的信號(hào)通路。由于信號(hào)通路較短，電信號(hào)在傳輸過(guò)程中的損耗和干擾相對(duì)較小，從而優(yōu)化了電氣性能。這使得FCCSP不僅適用于低頻應(yīng)用，在高頻應(yīng)用中也能表現(xiàn)出色。例如在通信設(shè)備中的基帶芯片或者RF芯片，采用FCCSP封裝能夠保證信號(hào)的快速、穩(wěn)定傳輸，提高通信質(zhì)量 。

2. 支持多晶片應(yīng)用與多功能集成

• 它支持多晶片（并排堆疊）的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了更高的集成度和功能性。通過(guò)將多個(gè)晶片集成在一個(gè)封裝內(nèi)，可以在較小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的功能。比如在一些復(fù)雜的人工智能芯片或者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片中，可以將不同功能的晶片進(jìn)行堆疊封裝，提高芯片的整體性能和功能多樣性。

• 此外，F(xiàn)CCSP還支持封裝內(nèi)天線（AiP）的應(yīng)用，利用底部芯片貼裝（POSSUM?）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了更高的信號(hào)質(zhì)量和效率。在無(wú)線通信設(shè)備中，如Wi - Fi模塊或者藍(lán)牙模塊，這種支持封裝內(nèi)天線的特性可以提高天線的性能，減少信號(hào)輻射的干擾，提升通信的穩(wěn)定性和效率。

三、材料與工藝兼容性方面的特點(diǎn)

1. 多種凸塊選項(xiàng)

• FCCSP采用不同的凸塊選項(xiàng)，如銅柱、無(wú)鉛焊料、共晶等，以適應(yīng)不同的芯片和基板材料。這種兼容性使得它在不同的應(yīng)用場(chǎng)景和制造工藝中都能夠被使用。例如，當(dāng)芯片材料對(duì)熱傳導(dǎo)有特殊要求時(shí)，可以選擇銅柱凸塊來(lái)提高熱傳導(dǎo)效率；在對(duì)環(huán)保有要求的產(chǎn)品中，可以使用無(wú)鉛焊料凸塊，既滿(mǎn)足了環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，又能保證封裝的可靠性。

2. 廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域兼容性

• FCCSP已經(jīng)廣泛應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備（如智能手機(jī)、平板電腦等）、汽車(chē)電子（如信息娛樂(lè)、ADAS等）、消費(fèi)電子（如數(shù)碼相機(jī)、游戲機(jī)等）、通信設(shè)備（如基帶、RF等）、人工智能（如AI芯片、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）等領(lǐng)域。其在不同領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用也說(shuō)明了它在材料和工藝兼容性方面的優(yōu)勢(shì)，能夠適應(yīng)各種不同的工作環(huán)境和性能要求。例如在汽車(chē)電子中，需要應(yīng)對(duì)高溫、振動(dòng)等復(fù)雜的工作環(huán)境，F(xiàn)CCSP的可靠性和兼容性能夠保證芯片在這種環(huán)境下正常工作 。

FCBGA的特點(diǎn)

一、封裝密度與性能方面的特點(diǎn)

1. 高密度引腳

• FCBGA具有很高密度的引腳，即I/O密度。這種高引腳密度使得在同樣的封裝面積內(nèi)可以安裝更多的芯片引腳，從而實(shí)現(xiàn)更高的集成度。例如在一些高性能的CPU或者GPU芯片中，需要大量的引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的連接，F(xiàn)CBGA的高I/O密度能夠滿(mǎn)足這種需求，使得芯片能夠在更小的封裝尺寸下集成更多的功能，提高了芯片的整體性能和功能復(fù)雜性。

2. 高性能信號(hào)傳輸

• FCBGA通過(guò)焊球?qū)崿F(xiàn)電連接，具有低電阻、低電感和良好的信號(hào)傳輸特性。低電阻和低電感有助于減少信號(hào)在傳輸過(guò)程中的衰減和干擾，保證信號(hào)的完整性和準(zhǔn)確性。在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)景中，如網(wǎng)絡(luò)芯片或者高速通信芯片，F(xiàn)CBGA能夠確保數(shù)據(jù)的高速、穩(wěn)定傳輸，滿(mǎn)足現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)高速數(shù)據(jù)處理的要求。

• 同時(shí)，F(xiàn)CBGA封裝的芯片底部直接連接到封裝基板上，具有較低的熱阻，能夠有效地傳導(dǎo)和散熱芯片產(chǎn)生的熱量。這對(duì)于高功率的芯片尤為重要，例如在高性能的CPU中，在高負(fù)載運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，F(xiàn)CBGA的良好散熱性能可以防止芯片因過(guò)熱而出現(xiàn)性能下降或者損壞的情況，提高了芯片的可靠性和穩(wěn)定性。

二、機(jī)械性能與可靠性方面的特點(diǎn)

1. 良好的機(jī)械強(qiáng)度和抗振動(dòng)能力

• 焊球連接提供了良好的機(jī)械強(qiáng)度和抗振動(dòng)能力，有助于提高封裝的可靠性和耐久性。在一些對(duì)機(jī)械穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中，如工業(yè)控制設(shè)備或者汽車(chē)電子中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元等，F(xiàn)CBGA封裝能夠承受設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)和沖擊，保證芯片的正常工作。例如在汽車(chē)行駛過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元會(huì)受到不斷的振動(dòng)，F(xiàn)CBGA封裝的芯片能夠在這種環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，不會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)而導(dǎo)致引腳松動(dòng)或者信號(hào)傳輸中斷等問(wèn)題。

2. 適應(yīng)多種芯片類(lèi)型

• FCBGA適用于多種種類(lèi)的芯片，包括CPU、微控制器和GPU等高性能芯片，還適用于網(wǎng)絡(luò)芯片、通信芯片、存儲(chǔ)芯片、數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)、傳感器、音頻處理器等等。這種廣泛的適用性說(shuō)明FCBGA在封裝設(shè)計(jì)和性能方面具有較高的通用性和可靠性，能夠滿(mǎn)足不同類(lèi)型芯片的封裝要求。例如在存儲(chǔ)芯片中，F(xiàn)CBGA封裝可以保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定存儲(chǔ)和快速讀寫(xiě)，在傳感器芯片中，能夠準(zhǔn)確地將傳感器采集到的信號(hào)傳輸出去，并且在不同的工作環(huán)境下保持穩(wěn)定的性能 。

三、基板與制造工藝方面的特點(diǎn)

1. 特殊的基板材料與設(shè)計(jì)要求

• FCBGA的基板通常由高溫耐受性的材料制成，如玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂(FR - 4)或高溫多層板(HDI板)。在基板的設(shè)計(jì)方面，接點(diǎn)布局需要精確對(duì)應(yīng)芯片上的焊球布局，以確保準(zhǔn)確的電連接；電路連接需要考慮引腳、信號(hào)線和電源線的布線和設(shè)計(jì)，以確保正確的信號(hào)傳輸和電源供應(yīng)；熱管理方面要考慮熱傳導(dǎo)路徑、散熱孔和散熱結(jié)構(gòu)，以確保芯片在工作過(guò)程中的溫度控制和穩(wěn)定性。例如在設(shè)計(jì)用于高性能CPU封裝的FCBGA基板時(shí)，需要精心規(guī)劃電路布局和散熱結(jié)構(gòu)，以滿(mǎn)足CPU高頻率、高功率運(yùn)行的需求。

2. 復(fù)雜的制造工藝流程

• 其制造工藝涉及多個(gè)步驟，包括芯片準(zhǔn)備（如從晶圓切割成單個(gè)芯片、芯片測(cè)試和排序等）、基板準(zhǔn)備、焊球墊片布置、焊球熔接、金屬化處理、表面涂層以及最后的測(cè)試和封裝等。每個(gè)步驟都需要精確控制和高度的制造工藝水平。例如在焊球墊片布置過(guò)程中，墊片的排列和間距需要與芯片的焊球布局相匹配，這就要求高精度的制造設(shè)備和工藝控制，稍有偏差就可能導(dǎo)致封裝失敗或者性能下降。

FCCSP與FCBGA的區(qū)別比較

一、引腳數(shù)量與I/O密度

1. FCBGA引腳數(shù)量和I/O密度

• FCBGA具有很高密度的引腳，即I/O密度。這意味著在相同的封裝面積下，F(xiàn)CBGA能夠容納更多的輸入輸出引腳。這種高I/O密度是由于其封裝結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)理念所決定的。例如在一些復(fù)雜的高端處理器芯片中，F(xiàn)CBGA的高I/O密度可以滿(mǎn)足芯片與外部眾多設(shè)備（如內(nèi)存、顯卡、硬盤(pán)等）進(jìn)行大量數(shù)據(jù)交互的需求。

2. FCCSP引腳數(shù)量

• 相比之下，F(xiàn)CCSP的引腳數(shù)量較少。這是因?yàn)镕CCSP的封裝尺寸接近芯片尺寸，其設(shè)計(jì)重點(diǎn)更多地放在了滿(mǎn)足芯片自身的基本功能連接上，而不是像FCBGA那樣側(cè)重于在有限的封裝面積內(nèi)集成大量的引腳。例如在一些小型的、功能相對(duì)單一的芯片中，F(xiàn)CCSP的引腳數(shù)量足以滿(mǎn)足其與外部設(shè)備（如簡(jiǎn)單的傳感器或者小型的控制電路）的連接需求。

二、封裝面積與尺寸關(guān)系

1. FCBGA封裝面積與芯片面積關(guān)系

• FCBGA封裝面積比芯片面積大很多。這是為了容納更多的引腳、電路元件以及滿(mǎn)足散熱等需求。例如在CPU的FCBGA封裝中，較大的封裝面積可以在基板上布置更多的電路元件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU的供電、信號(hào)傳輸?shù)裙δ?，同時(shí)也有足夠的空間來(lái)設(shè)計(jì)散熱結(jié)構(gòu)，保證CPU在高負(fù)載運(yùn)行時(shí)的熱量散發(fā)。

2. FCCSP封裝面積與芯片面積關(guān)系

• FCCSP的封裝面積與芯片面積相差不大，一般不大于芯片面積的1.2倍。這種接近芯片尺寸的封裝面積使得FCCSP在對(duì)空間要求嚴(yán)格的設(shè)備中具有優(yōu)勢(shì)，如移動(dòng)設(shè)備中的一些小型芯片，采用FCCSP封裝可以在有限的電路板空間內(nèi)集成更多的芯片，同時(shí)也有利于設(shè)備的小型化設(shè)計(jì)。

三、重量與厚度方面

1. FCBGA的重量與厚度

• FCBGA由于其較大的封裝面積、較多的引腳和相對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，一般來(lái)說(shuō)在重量和厚度上相對(duì)較大和較厚。在一些對(duì)重量和厚度不太敏感的設(shè)備中，如臺(tái)式電腦的主板上的芯片，F(xiàn)CBGA的這種特性不會(huì)造成太大的影響。但在移動(dòng)設(shè)備或者可穿戴設(shè)備中，這種較大的重量和厚度可能就不適合了。

2. FCCSP的重量與厚度

• FCCSP更薄、更輕。這使得它非常適合用于移動(dòng)設(shè)備、可穿戴設(shè)備等對(duì)重量和厚度有嚴(yán)格要求的電子產(chǎn)品中。例如在智能手機(jī)中，采用FCCSP封裝的芯片可以使手機(jī)整體更輕薄，便于攜帶和使用。

四、適用的芯片功率類(lèi)型

1. FCBGA適用的芯片功率

• FCBGA適合高功率芯片。這是因?yàn)镕CBGA具有良好的散熱性能，能夠有效地將高功率芯片在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱量傳導(dǎo)出去。例如在高性能的CPU、GPU等芯片中，這些芯片在高負(fù)載運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，F(xiàn)CBGA的低熱阻和有效的散熱結(jié)構(gòu)可以保證芯片的穩(wěn)定運(yùn)行，防止因過(guò)熱而導(dǎo)致性能下降或者損壞。

2. FCCSP適用的芯片功率

• FCCSP適合低功耗芯片。由于其封裝結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，引腳數(shù)量較少，在處理低功耗芯片的封裝時(shí)，既能滿(mǎn)足芯片的功能連接需求，又能在一定程度上降低成本。例如在一些小型的傳感器芯片或者低功耗的微控制器芯片中，F(xiàn)CCSP的封裝形式能夠很好地適應(yīng)芯片的低功耗特性，并且在滿(mǎn)足功能的前提下，使整個(gè)芯片封裝在成本、體積等方面達(dá)到較好的平衡。

相關(guān)案例中FCCSP與FCBGA的差異

一、智能手機(jī)中的芯片封裝案例

1. FCCSP在智能手機(jī)中的應(yīng)用

• 在智能手機(jī)中，一些低功耗的芯片，如藍(lán)牙芯片、Wi - Fi芯片或者小型的傳感器芯片等，通常會(huì)采用FCCSP封裝。以藍(lán)牙芯片為例，藍(lán)牙芯片主要負(fù)責(zé)短距離無(wú)線通信，其功耗較低。采用FCCSP封裝，一方面可以滿(mǎn)足其與手機(jī)主板上其他元件（如天線、電源管理芯片等）的連接需求，另一方面，F(xiàn)CCSP的輕薄特性也符合智能手機(jī)對(duì)空間和重量的嚴(yán)格要求。由于藍(lán)牙芯片不需要大量的引腳來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，F(xiàn)CCSP較少的引腳數(shù)量足以滿(mǎn)足其功能需求，并且在成本上也更具優(yōu)勢(shì)。

2. FCBGA在智能手機(jī)中的應(yīng)用（較少但存在于高端機(jī)型部分芯片）

• 在一些高端智能手機(jī)中，可能會(huì)有部分高功率、高性能的芯片采用FCBGA封裝。例如，在一些旗艦機(jī)型中的圖形處理芯片（GPU），為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的圖形處理能力，GPU芯片需要較高的功率支持，并且需要與大量的其他元件（如顯存、顯示控制器等）進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)交互，這就需要大量的引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)連接。FCBGA的高I/O密度能夠滿(mǎn)足這種需求，同時(shí)其良好的散熱性能也可以保證GPU在長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)載運(yùn)行（如玩大型3D游戲）時(shí)不會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而出現(xiàn)性能下降的情況。不過(guò)，由于FCBGA封裝相對(duì)較大、較重，在智能手機(jī)這種對(duì)空間和重量敏感的設(shè)備中，其應(yīng)用范圍相對(duì)較窄，一般只用于對(duì)性能要求極高的芯片。

二、計(jì)算機(jī)中的芯片封裝案例

1. FCCSP在計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用

• 在計(jì)算機(jī)中，一些小型的、功能相對(duì)單一的芯片可能會(huì)采用FCCSP封裝。例如，計(jì)算機(jī)中的一些小型傳感器芯片（如溫度傳感器、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速傳感器等），這些芯片主要負(fù)責(zé)采集簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)并傳輸給主板上的控制器。FCCSP的封裝面積小、引腳數(shù)量少的特點(diǎn)能夠滿(mǎn)足這些芯片的基本功能需求，而且由于其輕薄的特性，不會(huì)占用過(guò)多的主板空間。同時(shí)，這些傳感器芯片的功耗較低，F(xiàn)CCSP適合低功耗芯片的特點(diǎn)也得到了體現(xiàn)。

2. FCBGA在計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用

• 在計(jì)算機(jī)的核心部件中，如CPU和GPU，通常會(huì)采用FCBGA封裝。以CPU為例，CPU需要與計(jì)算機(jī)中的眾多設(shè)備（如內(nèi)存、硬盤(pán)、顯卡等）進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交互，這就需要大量的引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)連接，F(xiàn)CBGA的高I/O密度能夠滿(mǎn)足這一需求。而且CPU在高負(fù)載運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，F(xiàn)CBGA的良好散熱性能可以有效地將熱量傳導(dǎo)出去，保證CPU的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，對(duì)于GPU來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行圖形渲染等高性能計(jì)算時(shí)，也需要大量的引腳來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，并且需要良好的散熱性能，F(xiàn)CBGA封裝能夠很好地滿(mǎn)足這些要求。

芯片封裝清洗介紹

·         合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

·         水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿(mǎn)足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

·         污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類(lèi)。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

·         這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹(shù)脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來(lái)而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹(shù)脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開(kāi)路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

·         合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿(mǎn)足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國(guó)外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。