FCCSP与FCBGA的基本定义

FCCSP（Flip Chip Chip Scale Package）倒装芯片级封装

FCCSP是一种倒装芯片级封装技术，在这种封装中，芯片通过倒装的方式与基板连接。其封装尺寸几乎接近于裸芯片尺寸，一般芯片面积与封装面积的比例约在1:1.1，按照JEDEC（美国EIA协会联合电子器件工程委员会）的JSTK - 012标准规定，芯片封装面积小于或等于LSI芯片面积的120%的产品称之为CSP，这也是FCCSP的基础。FCCSP有多种形式，例如其中的一种是通过倒装芯片的凸点连接，还有包膜成型的芯片尺寸封装，采用模塑底部填胶（MUF）或毛细底部填胶（CUF）等形式，并且存在如超高密度（UHD）和高密度（HD）条带格式等不同的格式类型。它在一些芯片封装中采用混合堆叠构造，即倒装芯片在底部，焊线芯片在顶部等多种构造方式 。

FCBGA（Flip Chip Ball Grid Array）倒装芯片球栅阵列封装

FCBGA是一种将芯片倒置并连接到封装基板上，然后使用球形焊点将封装固定到基板上的封装技术。芯片上的电路和焊球之间使用微小的焊锡球进行连接，这些焊锡球位于芯片底部的金属接点上，封装基板上相应位置的焊球垫片与芯片焊球对应，形成芯片与封装基板之间的电连接。FCBGA最早出现于1990年代初，1997年英特尔公司将FCBGA封装技术首次应用于处理器，1999年英特尔推出了第一款使用FCBGA封装技术的芯片，即PentiumIII500处理器 。

FCCSP的特点

一、封装尺寸与重量方面的特点

1. 接近芯片尺寸

• FCCSP的封装尺寸非常接近裸芯片尺寸，一般不大于芯片面积的1.2倍。这一特点使得它在对空间要求苛刻的电子设备中具有很大优势，例如在智能手机、平板电脑等移动设备中，能够有效节省空间，满足产品轻薄化的设计需求。

• 以某款智能手机中的芯片为例，采用FCCSP封装后，芯片和封装整体在电路板上所占的面积相较于其他较大封装形式明显减小，从而为其他电子元件留出更多空间，有利于实现更复杂的功能集成 。

2. 轻薄

• FCCSP具有更薄、更轻的特点。在移动设备中，重量和厚度是重要的考量因素。更轻的封装有助于减轻整个设备的重量，更薄的封装则可以使设备在设计上更加纤薄。例如在一些可穿戴设备中，如智能手表，轻薄的FCCSP封装能够更好地适应设备的小型化和轻量化要求，不会给使用者带来过多的负担，同时也便于设备的携带和使用。

二、电气性能方面的特点

1. 更高的布线密度与信号优化

• FCCSP封装可以提供更高的布线密度，更低的电感，更短的信号通路。由于信号通路较短，电信号在传输过程中的损耗和干扰相对较小，从而优化了电气性能。这使得FCCSP不仅适用于低频应用，在高频应用中也能表现出色。例如在通信设备中的基带芯片或者RF芯片，采用FCCSP封装能够保证信号的快速、稳定传输，提高通信质量 。

2. 支持多晶片应用与多功能集成

• 它支持多晶片（并排堆叠）的应用，实现了更高的集成度和功能性。通过将多个晶片集成在一个封装内，可以在较小的空间内实现更多的功能。比如在一些复杂的人工智能芯片或者神经网络芯片中，可以将不同功能的晶片进行堆叠封装，提高芯片的整体性能和功能多样性。

• 此外，FCCSP还支持封装内天线（AiP）的应用，利用底部芯片贴装（POSSUM™）技术，实现了更高的信号质量和效率。在无线通信设备中，如Wi - Fi模块或者蓝牙模块，这种支持封装内天线的特性可以提高天线的性能，减少信号辐射的干扰，提升通信的稳定性和效率。

三、材料与工艺兼容性方面的特点

1. 多种凸块选项

• FCCSP采用不同的凸块选项，如铜柱、无铅焊料、共晶等，以适应不同的芯片和基板材料。这种兼容性使得它在不同的应用场景和制造工艺中都能够被使用。例如，当芯片材料对热传导有特殊要求时，可以选择铜柱凸块来提高热传导效率；在对环保有要求的产品中，可以使用无铅焊料凸块，既满足了环保标准，又能保证封装的可靠性。

2. 广泛的应用领域兼容性

• FCCSP已经广泛应用于移动设备（如智能手机、平板电脑等）、汽车电子（如信息娱乐、ADAS等）、消费电子（如数码相机、游戏机等）、通信设备（如基带、RF等）、人工智能（如AI芯片、神经网络等）等领域。其在不同领域的广泛应用也说明了它在材料和工艺兼容性方面的优势，能够适应各种不同的工作环境和性能要求。例如在汽车电子中，需要应对高温、振动等复杂的工作环境，FCCSP的可靠性和兼容性能够保证芯片在这种环境下正常工作 。

FCBGA的特点

一、封装密度与性能方面的特点

1. 高密度引脚

• FCBGA具有很高密度的引脚，即I/O密度。这种高引脚密度使得在同样的封装面积内可以安装更多的芯片引脚，从而实现更高的集成度。例如在一些高性能的CPU或者GPU芯片中，需要大量的引脚来实现与外部设备的连接，FCBGA的高I/O密度能够满足这种需求，使得芯片能够在更小的封装尺寸下集成更多的功能，提高了芯片的整体性能和功能复杂性。

2. 高性能信号传输

• FCBGA通过焊球实现电连接，具有低电阻、低电感和良好的信号传输特性。低电阻和低电感有助于减少信号在传输过程中的衰减和干扰，保证信号的完整性和准确性。在高速数据传输的应用场景中，如网络芯片或者高速通信芯片，FCBGA能够确保数据的高速、稳定传输，满足现代电子设备对高速数据处理的要求。

• 同时，FCBGA封装的芯片底部直接连接到封装基板上，具有较低的热阻，能够有效地传导和散热芯片产生的热量。这对于高功率的芯片尤为重要，例如在高性能的CPU中，在高负载运行时会产生大量的热量，FCBGA的良好散热性能可以防止芯片因过热而出现性能下降或者损坏的情况，提高了芯片的可靠性和稳定性。

二、机械性能与可靠性方面的特点

1. 良好的机械强度和抗振动能力

• 焊球连接提供了良好的机械强度和抗振动能力，有助于提高封装的可靠性和耐久性。在一些对机械稳定性要求较高的应用场景中，如工业控制设备或者汽车电子中的发动机控制单元等，FCBGA封装能够承受设备运行过程中的振动和冲击，保证芯片的正常工作。例如在汽车行驶过程中，发动机控制单元会受到不断的振动，FCBGA封装的芯片能够在这种环境下稳定运行，不会因为振动而导致引脚松动或者信号传输中断等问题。

2. 适应多种芯片类型

• FCBGA适用于多种种类的芯片，包括CPU、微控制器和GPU等高性能芯片，还适用于网络芯片、通信芯片、存储芯片、数字信号处理器 (DSP)、传感器、音频处理器等等。这种广泛的适用性说明FCBGA在封装设计和性能方面具有较高的通用性和可靠性，能够满足不同类型芯片的封装要求。例如在存储芯片中，FCBGA封装可以保证数据的稳定存储和快速读写，在传感器芯片中，能够准确地将传感器采集到的信号传输出去，并且在不同的工作环境下保持稳定的性能 。

三、基板与制造工艺方面的特点

1. 特殊的基板材料与设计要求

• FCBGA的基板通常由高温耐受性的材料制成，如玻璃纤维增强环氧树脂(FR - 4)或高温多层板(HDI板)。在基板的设计方面，接点布局需要精确对应芯片上的焊球布局，以确保准确的电连接；电路连接需要考虑引脚、信号线和电源线的布线和设计，以确保正确的信号传输和电源供应；热管理方面要考虑热传导路径、散热孔和散热结构，以确保芯片在工作过程中的温度控制和稳定性。例如在设计用于高性能CPU封装的FCBGA基板时，需要精心规划电路布局和散热结构，以满足CPU高频率、高功率运行的需求。

2. 复杂的制造工艺流程

• 其制造工艺涉及多个步骤，包括芯片准备（如从晶圆切割成单个芯片、芯片测试和排序等）、基板准备、焊球垫片布置、焊球熔接、金属化处理、表面涂层以及最后的测试和封装等。每个步骤都需要精确控制和高度的制造工艺水平。例如在焊球垫片布置过程中，垫片的排列和间距需要与芯片的焊球布局相匹配，这就要求高精度的制造设备和工艺控制，稍有偏差就可能导致封装失败或者性能下降。

FCCSP与FCBGA的区别比较

一、引脚数量与I/O密度

1. FCBGA引脚数量和I/O密度

• FCBGA具有很高密度的引脚，即I/O密度。这意味着在相同的封装面积下，FCBGA能够容纳更多的输入输出引脚。这种高I/O密度是由于其封装结构和设计理念所决定的。例如在一些复杂的高端处理器芯片中，FCBGA的高I/O密度可以满足芯片与外部众多设备（如内存、显卡、硬盘等）进行大量数据交互的需求。

2. FCCSP引脚数量

• 相比之下，FCCSP的引脚数量较少。这是因为FCCSP的封装尺寸接近芯片尺寸，其设计重点更多地放在了满足芯片自身的基本功能连接上，而不是像FCBGA那样侧重于在有限的封装面积内集成大量的引脚。例如在一些小型的、功能相对单一的芯片中，FCCSP的引脚数量足以满足其与外部设备（如简单的传感器或者小型的控制电路）的连接需求。

二、封装面积与尺寸关系

1. FCBGA封装面积与芯片面积关系

• FCBGA封装面积比芯片面积大很多。这是为了容纳更多的引脚、电路元件以及满足散热等需求。例如在CPU的FCBGA封装中，较大的封装面积可以在基板上布置更多的电路元件来实现对CPU的供电、信号传输等功能，同时也有足够的空间来设计散热结构，保证CPU在高负载运行时的热量散发。

2. FCCSP封装面积与芯片面积关系

• FCCSP的封装面积与芯片面积相差不大，一般不大于芯片面积的1.2倍。这种接近芯片尺寸的封装面积使得FCCSP在对空间要求严格的设备中具有优势，如移动设备中的一些小型芯片，采用FCCSP封装可以在有限的电路板空间内集成更多的芯片，同时也有利于设备的小型化设计。

三、重量与厚度方面

1. FCBGA的重量与厚度

• FCBGA由于其较大的封装面积、较多的引脚和相对复杂的结构，一般来说在重量和厚度上相对较大和较厚。在一些对重量和厚度不太敏感的设备中，如台式电脑的主板上的芯片，FCBGA的这种特性不会造成太大的影响。但在移动设备或者可穿戴设备中，这种较大的重量和厚度可能就不适合了。

2. FCCSP的重量与厚度

• FCCSP更薄、更轻。这使得它非常适合用于移动设备、可穿戴设备等对重量和厚度有严格要求的电子产品中。例如在智能手机中，采用FCCSP封装的芯片可以使手机整体更轻薄，便于携带和使用。

四、适用的芯片功率类型

1. FCBGA适用的芯片功率

• FCBGA适合高功率芯片。这是因为FCBGA具有良好的散热性能，能够有效地将高功率芯片在运行过程中产生的大量热量传导出去。例如在高性能的CPU、GPU等芯片中，这些芯片在高负载运行时会产生大量的热量，FCBGA的低热阻和有效的散热结构可以保证芯片的稳定运行，防止因过热而导致性能下降或者损坏。

2. FCCSP适用的芯片功率

• FCCSP适合低功耗芯片。由于其封装结构相对简单，引脚数量较少，在处理低功耗芯片的封装时，既能满足芯片的功能连接需求，又能在一定程度上降低成本。例如在一些小型的传感器芯片或者低功耗的微控制器芯片中，FCCSP的封装形式能够很好地适应芯片的低功耗特性，并且在满足功能的前提下，使整个芯片封装在成本、体积等方面达到较好的平衡。

相关案例中FCCSP与FCBGA的差异

一、智能手机中的芯片封装案例

1. FCCSP在智能手机中的应用

• 在智能手机中，一些低功耗的芯片，如蓝牙芯片、Wi - Fi芯片或者小型的传感器芯片等，通常会采用FCCSP封装。以蓝牙芯片为例，蓝牙芯片主要负责短距离无线通信，其功耗较低。采用FCCSP封装，一方面可以满足其与手机主板上其他元件（如天线、电源管理芯片等）的连接需求，另一方面，FCCSP的轻薄特性也符合智能手机对空间和重量的严格要求。由于蓝牙芯片不需要大量的引脚来进行数据传输，FCCSP较少的引脚数量足以满足其功能需求，并且在成本上也更具优势。

2. FCBGA在智能手机中的应用（较少但存在于高端机型部分芯片）

• 在一些高端智能手机中，可能会有部分高功率、高性能的芯片采用FCBGA封装。例如，在一些旗舰机型中的图形处理芯片（GPU），为了实现强大的图形处理能力，GPU芯片需要较高的功率支持，并且需要与大量的其他元件（如显存、显示控制器等）进行高速的数据交互，这就需要大量的引脚来实现连接。FCBGA的高I/O密度能够满足这种需求，同时其良好的散热性能也可以保证GPU在长时间高负载运行（如玩大型3D游戏）时不会因为过热而出现性能下降的情况。不过，由于FCBGA封装相对较大、较重，在智能手机这种对空间和重量敏感的设备中，其应用范围相对较窄，一般只用于对性能要求极高的芯片。

二、计算机中的芯片封装案例

1. FCCSP在计算机中的应用

• 在计算机中，一些小型的、功能相对单一的芯片可能会采用FCCSP封装。例如，计算机中的一些小型传感器芯片（如温度传感器、风扇转速传感器等），这些芯片主要负责采集简单的数据并传输给主板上的控制器。FCCSP的封装面积小、引脚数量少的特点能够满足这些芯片的基本功能需求，而且由于其轻薄的特性，不会占用过多的主板空间。同时，这些传感器芯片的功耗较低，FCCSP适合低功耗芯片的特点也得到了体现。

2. FCBGA在计算机中的应用

• 在计算机的核心部件中，如CPU和GPU，通常会采用FCBGA封装。以CPU为例，CPU需要与计算机中的众多设备（如内存、硬盘、显卡等）进行大量的数据交互，这就需要大量的引脚来实现连接，FCBGA的高I/O密度能够满足这一需求。而且CPU在高负载运行时会产生大量的热量，FCBGA的良好散热性能可以有效地将热量传导出去，保证CPU的稳定运行。另外，对于GPU来说，在进行图形渲染等高性能计算时，也需要大量的引脚来传输数据，并且需要良好的散热性能，FCBGA封装能够很好地满足这些要求。

芯片封装清洗介绍

·          研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

·         水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

·         污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

·         这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

·          运用自身原创的产品技术，满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求，打破国外厂商在行业中的垄断地位，为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。