Kapsla CSP direkt på kiselskivan

Billigare CSP-kapslar än någonsin kan bli resultatet av en ny miniatyriserad kapslingsmetod på skivnivå. Nystartade Intarsia i USA har börjat kapsla RF-komponenter på jättepaneler med en flipchipversion av tekniken.

Utvecklingen av den minimala CSP-kapseln, chip scale package, har tagit ytterligare ett steg. Ett antal företag, däribland Intel och NEC har visat intresse för billig CSP-kapsling direkt på kiselskivan, så kallad "wafer-level CSP", eller "skivkapsling" på svenska.

Precis som andra CSP går skivkapsling ut på att minimera kapslingens vikt och storlek. Kapslingen blir av samma storleksordning som det okapslade chipset.

Skillnaden mellan skivkapsling och andra CSP-kapslingstyper är att kretsarna kapslas i volym redan på kiselskivan, innan denna skärs upp till individuella kretsar. Det går även att testa krestarna direkt på skivan.

Allt i samma fabrik

Skivkapslingen omfattar bara ett par extra processteg i halvledartillverkningen. Först sammanfogas skivan till substratet, som kan vara av glas, med ett tunt lager lim. Komponenterna är då vända från skivan mot substratet och kan även vara flipchipmonterade på skivan.

Kiselskivan slipas till ungefär 4 mm tjocklek, innan den etsas för att kretsarna ska isolera från varandra.

Ett nytt lager lim binder sedan ett glassubstrat till kretsens baksida. En del av limmet skärs sedan bort på framsidan för att ge tillgång till kretsens befintliga anslutningar. Därefter läggs ett metallager på skivan så att ledningar dras runt substratet till anslutningar på bakidan. Anslutningar kan exempelvis bestå av en kulmatris.

Sluttesterna utförs sedan i höga volymer, innan skivan slutligen skärs upp till färdigkapslade integrerade kretsar.

Tekniken gör att både kapslingen och sluttesterna kan ske i halvledarfabriken. Detta eliminerar de fördröjningar och kostnader som uppstår när kretsarna skickas till en extern fabrik för test och kapsling. På så sätt kan skivkapsling bli billigare än existerande CSP-metoder.

Skivkapsling lämpar sig bra för konsumenttillämpningar som kräver extremt små och lätta kapslar. Med tanke på detta utvärderar nu Intel tekniken.

- Vi tycker att skivkapsling är en intressant kapslingsteknik, men har ännu inga planer på att införa den i produkter, säger Hans Geyer från Intel.

"Perfekt för radiokretsar"

Intel är inte ensamt om intresset. NEC, Flip Chip Technologies och Tessera arbetar alla med tekniken. Och nystartade Intarsia har redan börjat använda tekniken i stora volymer.

Intarsia tror att skivkapsling passar perfekt för RF-komponenter med krav på minimal kapsling, till exempel i Bluetooth radiolänkmoduler. Företaget har nyligen tecknat samarbetsavtal med Philips för tillverkning av passiva integrerade kretsar på 350 ¥ 400 mm stora glaspaneler.

- Vi har jämfört skivkapsling med traditionell trådbondning för 6-tumsskivor med 0,5 μm kanallängd. Resulatet visar att skivkapsling är mycket billigare, särskilt med många komponenter per ytenhet, sade James Young från Intarsia då han nyligen besökte Sverige.

Processen är oberoende av antalet ledningar eller kretsar per skiva. Ju högre packningstäthet, desto billigare blir kapslingen, menar Intarsia.

Vinsten blir störst om tillverkningen har ett lågt felutfall per skiva. Det är också bra om kretsstorleken är stor jämfört med antalet in- och utgångar, som till exempel för DRAM.

Intarsia kapslar upp till 27 000 kretsar per glaspanel, och 3 000 kretsar per 6- tums skiva. Företaget har planer på att använda kiselsubstrat istället för glas. Men eftersom kisel är ledande så måste man då lägga ett isolerande material mellan anslutningarna och substratet. Nästa steg är att använda ett organiskt substrat, så kallat laminat.

En orsak till att tekniken inte har funnits tidigare kan vara bristen på standardutrustning för produktionen.

- Vi håller på att utveckla en automatisk monteringsutrustning som inkluderar både kapsling och sluttester, berättar James Young.

Susan Kelly