作者：Mike Delaus and Santosh Kudtarkar

晶圓級(jí)芯片級(jí)封裝使設(shè)計(jì)人員能夠 便攜式醫(yī)療設(shè)備，如侵入式傳感， 醫(yī)療植入物和一次性監(jiān)視器 - 減小尺寸 和電源要求。

醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)的主要趨勢(shì)之一 是使設(shè)備更接近患者 醫(yī)生辦公室或自己家里通過制作 這些設(shè)備更便攜。這涉及所有 設(shè)計(jì)方面，尤其是影響尺寸和功率 消費(fèi)。縮小這些電子部分 儀器的使用得到了極大的幫助 晶圓級(jí) 芯片級(jí)封裝 （WLCSP）。

這些新應(yīng)用包括侵入式傳感、醫(yī)療 植入物和一次性便攜式監(jiān)視器。但是要得到 在性能和可靠性方面最優(yōu)秀的WLCSP， 設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì) 印刷電路板 （PCB） 焊盤圖案、焊盤表面處理和 板厚度。

晶圓級(jí)芯片級(jí)封裝是倒裝芯片的一種變體 互連技術(shù)（圖1）。對(duì)于 WLCSP， 芯片的有源側(cè)倒置并連接到PCB 使用焊球。這些焊球的尺寸通常為 足夠大（300 μm 預(yù)回流焊，間距為 0.5 mm，250 0.4 mm 間距的 UM 預(yù)回流焊），以避免底部填充 倒裝芯片互連是必需的。這種互連 技術(shù)提供了幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。

圖1.WLCSP 封裝

首先，通過消除 第一級(jí)封裝（模塑料、引線框架或 有機(jī)基質(zhì)）。例如，一個(gè) 8 球 WLCSP 占用 只有8%的電路板面積被8引腳SOIC占用。 接下來，電感降低，電氣性能 通過消除用于 標(biāo)準(zhǔn)塑料包裝。

此外，設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)更輕的重量和更薄的封裝 型材，由于消除了引線框架和成型 復(fù)合。無需底部填充，作為標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝 （SMT）組裝設(shè)備可以使用。和 最后，通過自對(duì)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)高裝配良率 焊接連接過程中低質(zhì)量芯片的特性。

包裝結(jié)構(gòu)

WLCSP可分為兩種結(jié)構(gòu)類型： 直接凹凸和再分布層 （RDL）。

直接凸塊 WLCSP 由可選的有機(jī)層組成 （聚酰亞胺），用作有源芯片上的應(yīng)力緩沖器 表面。聚酰亞胺覆蓋整個(gè)模具區(qū)域，除了 粘合墊周圍的開口。一種凹凸不平的冶金 （UBM）層在此開口上濺射或電鍍。這 UBM是一堆不同的金屬層作為擴(kuò)散 層、阻隔層、潤(rùn)濕層、抗氧化層。這 焊球掉落（這就是為什么它被稱為落球）超過。 UBM并回流形成焊料凸塊（圖2）。

圖2.直接凸塊 WLCSP

RDL技術(shù)允許為引線鍵合設(shè)計(jì)的芯片 （沿外圍布置的粘合墊）是 轉(zhuǎn)換為 WLCSP。與直接顛簸相比，這 WLCSP的類型使用兩個(gè)聚酰亞胺層。第一個(gè) 聚酰亞胺層沉積在芯片上，保持粘合 墊打開。RDL層經(jīng)過濺射或電鍍以轉(zhuǎn)換 區(qū)域陣列的外圍陣列。然后施工 沿著直接凸塊，帶有第二層聚酰亞胺， UBM和落球（圖3）。

圖3.重新分發(fā)層 （RDL） WLCSP

落球后是晶圓背磨、激光打標(biāo)、測(cè)試、 分離，以及磁帶和卷軸。還有一個(gè)選項(xiàng) 在背面研磨過程后應(yīng)用背面層壓板 減少鋸切過程中引起的模具碎屑并緩解 包裹的處理。

最佳 PCB 設(shè)計(jì)實(shí)踐

關(guān)鍵電路板設(shè)計(jì)參數(shù)是焊盤開口、焊盤 類型、焊盤表面處理和電路板厚度。基于IPC 標(biāo)準(zhǔn)，墊開口等于 UBM 開口。這 對(duì)于間距為 250.0mm 的 WLCSP，典型焊盤開口為 5 μm 200.0 mm 間距 WLCSP 為 4 μm（圖 4）。

圖4.墊開口

阻焊層開口為 100 μm 加上焊盤開口. 走線寬度應(yīng)小于焊盤的三分之二 開放。增加走線寬度可以減少支座 焊料凸點(diǎn)的高度。因此，保持適當(dāng)?shù)?走線寬度比對(duì)于確保可靠性非常重要 焊接連接。對(duì)于電路板制造，兩種類型的 焊盤/焊盤圖案用于表面貼裝裝配 （圖5）：

非阻焊層定義 （NSMD）：PCB 上的金屬焊盤（I/O 連接到該焊盤）小于阻焊層開口。

阻焊層定義 （SMD）：阻焊層開口小于金屬焊盤

圖5.焊盤類型

因?yàn)殂~蝕刻工藝比銅蝕刻工藝具有更嚴(yán)格的控制 阻焊層開口工藝，NSMD優(yōu)于 貼片。NSMD 焊盤上的阻焊層開口更大 比銅焊盤，允許焊料附著在 側(cè)面銅焊盤和提高可靠性 焊點(diǎn)。

金屬墊上的精加工層對(duì) 裝配良率和可靠性。典型的金屬墊飾面 使用的有有機(jī)表面防腐劑（OSP）和化學(xué) 鎳沉金（ENIG）。OSP 的厚度 金屬墊上的光潔度為 0.2 μm 至 0.5 μm。這個(gè)完成 在回流焊接過程中蒸發(fā)，并且 焊料和金屬焊盤之間發(fā)生界面反應(yīng)。

ENIG 飾面由 5 μm 化學(xué)鍍鎳和 0.02微米至0.05微米的金。在回流焊接過程中， 金層迅速溶解，隨后反應(yīng) 鎳和焊料。保持 金的厚度低于0.05μm，以防止形成 脆性金屬間化合物。標(biāo)準(zhǔn)板厚度 范圍從 0.4 毫米到 2.3 毫米。選擇的厚度取決于填充系統(tǒng)所需的堅(jiān)固性 集會(huì)。電路板越薄，剪切應(yīng)力越小 范圍、蠕變剪切應(yīng)變范圍和蠕變應(yīng)變能 熱負(fù)荷下焊點(diǎn)的密度范圍。 因此，更薄的堆積板會(huì)導(dǎo)致更長(zhǎng)的時(shí)間 焊點(diǎn)的熱疲勞壽命。

測(cè)試和評(píng)估

結(jié)合上述變量，WLCSP 通過加速對(duì)設(shè)備進(jìn)行評(píng)估可靠性 壓力測(cè)試，如高溫存儲(chǔ) （HTS），高度 加速壓力測(cè)試， 高壓釜測(cè)試， 溫度循環(huán)、高溫工作壽命測(cè)試 （HTOL）和無偏高加速壓力測(cè)試 （超高溫）。除了熱機(jī)械引起的應(yīng)力 測(cè)試，機(jī)械測(cè)試，如跌落和彎曲測(cè)試是 也進(jìn)行了。

進(jìn)行 HTS 測(cè)試以確定長(zhǎng)期效果 在高溫下存儲(chǔ)在設(shè)備上，沒有任何 施加的電應(yīng)力。該測(cè)試評(píng)估長(zhǎng)期 設(shè)備在高溫條件下的可靠性。 典型的測(cè)試條件是 150°C 和/或 175°C 對(duì)于 1000 小時(shí)。該測(cè)試包括將零件暴露在指定的 指定時(shí)間內(nèi)的環(huán)境溫度。

審核編輯：郭婷