晶片级封装(WLP)是芯片封装(CSP)的一种，可以使 IC 面向下贴装到印刷电路板(PCB)上，采用传统的 SMT 安装工艺。芯片焊盘通过独立的焊球直接焊接到 PCB 焊盘(图 1)。WLP 技术与球栅阵列、引线型和基于层压成型的 CSP 封装技术不同，它没有绑定线或引出线。WLP 通常无需填充材料，但是在一些特定应用中，比如移动设备中，填充材料能够增大 WLP 的机械强度。WLP 的主要优势在于其封装尺寸小、IC 到 PCB 之间的电感很小、并且缩短了生产周期。
* Z6 d6 Y! e( w8 i+ o0 F2 u图 1. 10 x 10 WLP 侧视图照片' X0 |% M# g( d: T8 m
WLP 结构
$ V$ f8 A$ y. eMaxim 的 WLP 芯片是在硅晶片衬底上直接建立封装内部互连结构。在晶片表面附上一层电介质重复钝化的聚合物薄膜。这层薄膜减轻了焊球连接处的机械压力并在管芯表面提供电气隔离。在聚合物薄膜内采用成相技术制作过孔，通过它实现与 IC 绑定盘的电气连接。
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WLP 焊球阵列是基于具有均匀栅距的矩形栅格排列。焊球材料由顶标中 A1 位置的标示符表示(见图 2 中的顶标 A1)。A1 为光刻的双同心圆时，表示焊膏采用的是低熔点的 SnPb；对于无铅焊膏，A1 处采用加号表示。所有无铅 WLP 产品的底部均采用晶片迭层(聚合物薄膜保护层)，该聚合物材料为硅片底部提供机械接触和 UV 光照保护。
. }. |1 U9 H0 S4 HWLP 球栅阵列设计和尺寸8 F/ Z" K. I8 d
Maxim 的 WLP 封装目前通常采用 0.5mm 和 0.4mm 的球栅阵列间隔，详细的 WLP 尺寸图请参见 Maxim 封装图。
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图 2. 10 x 10 阵列 WLP 的封装外形图
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WLP 载带
( G5 `4 I! k4 X. ?, `" x! VMaxim 的所有 WLP 器件都以卷带(T&R)形式供货，WLP 卷带要求基于 EIA-481 标准。关于卷带架构的详细信息，请参考 Maxim SMD 卷带数据。
d9 P* Q& _5 ZPCB 安装流程及实施' w5 E O( c8 d8 a. J, W
参考文献：
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PCB 设计规则* M8 D% M! ^1 L" r4 w/ M0 N
参考文献：
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- r8 r: r9 \, L: j9 G( @+ _IPC-6011 关于印刷电路板的通用规格说明
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IPC-2223 关于柔性印刷电路板的组合设计标准
5 t2 [ x7 ^0 D# w/ J: xIPC-2226 关于高密度阵列或表贴架构外设的设计标准
6 r1 M- ?! I- J. A布板设计中，WLP 器件应该放置在机械应力和张力受力最均匀的位置，可能的话，应该在周围放置更高高度的器件作为支撑。
/ f3 u4 u$ C% x2 K4 j2 l
对于双层安装器件的 PCB 设计，应该在 WLP 封装中心位置的对面安装封装尺寸更大器件。
: @3 E$ Y3 U) Z7 F& \) Q4 i/ r安装模板设计) Q! ^- S/ o8 ]/ T7 n8 R
参考文献：
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3 H1 @* o8 J R$ n( M% `: F x用于表贴封装元件的焊盘结构有两种(图 3)：
- T3 G1 k7 J, O) G7 @- ~阻焊层限定(SMD)
8 F% ^. k0 s+ sSMD 焊盘在金属表面带有阻焊层开槽。
2 w' t% p5 X( ~5 E# L' b阻焊层开口小于金属焊盘。
) U/ _% ` r5 }8 E) B阻焊层开槽材料一般为 LPI (可成像液体感光胶)，必须采用合适的材料以满足任何SMT 处理工艺的要求。
0 M! ^5 p- v* e8 I& p2 }
非阻焊层限定(NSMD) g- }# g. r: Q) V0 e
NSMD 焊盘为金属限定焊盘，焊盘周围有一个相应的阻焊层。
( }! H8 y* V& O2 ^2 I+ T8 _) a: m阻焊层开口大于金属焊盘。
4 R- G8 P4 e2 s) Z) q0 h
阻焊层开槽材料一般为 LPI (可成像液体感光胶)，必须采用合适的材料以满足任何 SMT处理工艺的要求。
3 y& x$ ~( ~( r8 T0 ^9 O7 q
图 3. WLP 的 SMD 与 NSMD PCB 焊盘设计
0 L" e" l+ a7 h
选择 NSMD 与 SMD 焊盘时必须考虑功率、接地和信号走向的要求。
/ a; ~. \" U, E对于给定的 WLP 球栅阵列间隔，NSMD 焊盘的尺寸小于 SMD 焊盘。因此，NSMD 电路板的设计能够更好的在焊盘间布置铜线。此外，微过孔设计(即“焊盘内过孔”)能够更方便地在焊盘间布置铜线。
) V/ F/ ` ^& p
对于给定的电路板，只能使用一种类型的焊盘布局(NSMD 或 SMD)以及一种类型的焊盘表面抛光(见下文)。
- K- Y# M4 j2 a2 n
建议在所有焊盘之间使用阻焊层。
0 C3 q( v" r+ ]0 E* p
连接焊盘的引线宽度应该小于焊盘直径的 60%。
2 [. z2 P; f; D- z1 [表 1. Maxim WLP 的 PCB 焊盘尺寸(微米)
3 j$ n6 W! u4 F/ R2 P7 w' h
2 x# D8 R& u+ b$ X' \% b" @/ B
金属表面涂层+ X/ r9 H% n# f9 w4 S
有机可焊性保护层(OSP)：允许使用。
& y# U' o9 \" U2 I( o% X
无电镀镍 / 浸金(ENIG)：允许使用。
, h8 ]0 D: g) i6 D
浸锡电镀和热风整平(HASL)锡电镀：不推荐使用。
! v1 b* S k8 t2 H {7 R& l: z
无铅 PCB 安装材料: Q) Y) g5 c) ^/ Y3 F# ?+ a
标准的 FR-4 与 Maxim WLP 兼容。使用玻璃化温度(Tg)较高、热膨胀率(CTE)较小的 FR-4 能够提高封装的可靠性。
$ b, a* z/ [$ B+ P: O2 n
焊膏印刷版膜过孔设计
! {! l# q5 x& z: S参考文献：
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IPC-7525 版膜设计指南
5 R- Q* u' V# ~1 Z0 o& ]
过孔形状
' m' Y& T& P& w& k( B* \为了改善焊膏从版膜的渗透，方形过孔优于圆形过孔。
2 u4 ^/ x2 l# @% T, w
版膜过孔形状应采用梯形，底层面积(PCB 侧)大于顶层面积。
2 U, @3 ~1 |7 @9 i8 h
焊接版膜制作
1 g0 X9 j, r! I2 N: V版膜可以采用以下两种方法之一制作：
# _ ]% p7 i' M/ ^$ d. u$ s
光刻不锈钢箔，后续采用电解法抛光。
% E3 {, b; `, W8 k: R3 a# t
镍电镀金属箔。
8 P2 \3 D# m5 d, E
SMT 工艺流程
) C- E% @- Z+ M: F/ r. r& t' ?7 }3 i7 \: P3 L4 c! K
自动放置元件
5 c, ^8 [' l. L- j可使用标准拾取放置设备放置 Maxim WLP 器件，小间隔 IC 封装放置设备能够具有更高的精度。
3 J, X; ^# y% ]2 a% m( B2 f- V拾取放置时的力度应非常小，以避免物理损坏。
+ Y1 c w4 A& e2 o- U/ J( Q0 z ]8 U
为提高回流焊产量，焊球浸入 PCB 上焊膏的深度最好大于焊膏高度的 20%。
% B' r" s* d3 w" f# V3 S9 d
焊膏回流
$ ]# [- N0 e9 V0 U" R( m, ~: M所有 Maxim WLP 器件均符合工业标准的回流焊处理工艺。回流焊时，请参考 J-STD-020 D.1 版本的无铅回流焊要求，以及其它焊膏供应商推荐的方法。
) H8 Q2 L! r t: {5 Y$ c) H可以选择氮惰性气体回流焊，使用氮惰性气体时，无铅 WLP 的 PCB 焊盘中心定位特性优于空气环境下的回流焊。
* K, y: t. e+ C
WLP 返修
, o3 _; t& _ d; T返修只能在受控或规定的流程下进行操作，以避免机械操作或 ESD 造成硅片电路和封装的损坏。 6 E$ _ ]6 B; i3 {% l3 M) I! C
对于球栅阵列封装的返修，建议采用聚焦红外(IR)技术，而不是传统的热气 BGA 返修系统。聚焦 IR 设备能够精确地定位引脚，消除回流焊锡，即使在高密度电路布局中替换最小尺寸的 WLP 器件也不会由于受热造成与相邻元件的接触。
5 ~( ^& y7 H1 ?/ VWLP 封装热特性
& F& T7 Q# t/ d9 t; U. G使用三维热模型确定 Maxim WLP 封装的结至环境的热阻ΘJA 和结至电路板的热阻ΘJB。图 4 和图 5 给出了标准四层 2s2p 电路板(JESD51-9)的热特性指标。
: ?% u$ M$ s- w+ Z. |0 V3 x7 ~图 4. 四层电路板(2s2p)的ΘJA 与焊球数量的关系
) e' k" \& {; F* N/ \6 W图 5. 四层电路板(2s2p)的ΘJB 与焊球数量的关系3 a6 ^6 s5 V7 `" A9 C7 k# u+ r$ N$ _
Maxim WLP 可靠性
0 N4 w- h$ ~8 U: V表 2 列出的可靠性测试用于 Maxim WLP 的验证，表 3 给出了 6 × 6 阵列 WLP 的数据。
) o9 B% t, A8 T' T8 R表 2. 可靠性验证条件
! ^' m4 s @$ i" {0 M+ j
) Q9 v0 I" t0 Z8 a2 D注：指定周期数的可靠性测试中，失效率低于 5%，置信度高于 90%。
; [! @# r7 c- y& p, @7 o/ F; F
表 3. 0.5mm 焊球间隔、6 × 6 阵列无铅 WLP 的可靠性测试结果
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' W8 w3 m/ m7 ?" U*采用 WLP 菊链连接。
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# L. T$ o) p: Y4 I( U) }
, @. {2 r. \+ A1 a1 t, G0 H; B$ L. x9 p/ @0 q$ S/ K+ |% y; ]
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发表于 2020-11-6 10:07
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