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。
! `7 K: Q; l1 e6 X图 1. 10 x 10 WLP 侧视图照片
7 J6 n* V) x* M2 h4 d: ?- s
WLP 结构6 U* y7 f3 S6 J& i
Maxim 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。
. Q; E5 d( ^5 P+ aWLP 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。
a3 k% ]+ h0 D, e9 k; R. g% L [5 U% S
WLP 球栅阵列设计和尺寸$ [; E% k: ?; q! _. v0 d6 ]
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。
- y3 p9 E) Y! E- H5 x! ?图 2. 10 x 10 阵列 WLP 的封装外形图
V5 ?! [4 S2 ~) ~% ^
WLP 载带8 W1 ~, l% B( y+ n+ |( E. L1 ]
Maxim 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。
& H; E) y/ x, E% K9 ~9 C0 F9 t" i6 ?PCB 安装流程及实施
3 j' o% q0 N2 [0 l. u! F参考文献：
+ M2 `2 Y$ I- f! A! w6 ~
IPC-7094 关于倒装芯片及裸片的设计和安装流程
+ e* |% A( T" x1 B5 s6 ZPCB 设计规则
9 v! f. \1 L/ i! \$ Q, A+ t- y参考文献：
7 }9 t ]. c" B1 R3 xIPC-A-600 可接受的印刷电路板
Q: y2 j& K$ Q8 r% XIPC-6011 关于印刷电路板的通用规格说明
( e* o5 [ J+ ^: a% u
IPC-6012 关于刚性印刷电路板的认证和规格说明
3 S7 x3 G( s# |, \0 g# o; aIPC-6013 关于柔性印刷电路板的认证和规格说明
1 w" k" G E' l
IPC-6016 关于高密度内部互连(HDI)板层或电路板的认证和规格说明
9 ?1 {4 T" @1 I: @6 o, q& uIPC-D-279 关于表面贴装印刷电路板安装的可靠设计指南
6 f4 b' M+ w/ L& eIPC-2221 关于印刷电路板设计的通用标准
9 _/ d! P' j: a; _% K( ]+ ~
IPC-2222 关于刚性印刷电路板的组合设计标准
" h- k m1 ^/ N) b9 u/ JIPC-2223 关于柔性印刷电路板的组合设计标准
+ n5 Q0 i1 G' k; n
IPC-2226 关于高密度阵列或表贴架构外设的设计标准
2 D. M- K" w p$ c# {$ C
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。
5 e# K$ n; u. x9 ?. T9 v
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。
) M3 L7 D2 }% d4 }* R- N9 c6 T安装模板设计
- M* ?; F3 ]; G4 ~4 {1 _, o4 M参考文献：
5 m; o. ]& O% B, j* _IPC-7351 关于表贴设计的常规要求和安装模板的标准
- m# L- e0 J: E3 x用于表贴封装元件的焊盘结构有两种(图 3)：
" X3 m2 A- U3 X2 s2 _1 `8 I" U阻焊层限定(SMD)' L- Z- h4 I% x* [ ?. E+ k
SMD 焊盘在金属表面带有阻焊层开槽。
$ L7 m' U' L2 a* q% |# d4 D& E5 I阻焊层开口小于金属焊盘。
# }' S( X* j' J$ U. K# t2 A8 e0 `
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。
! C: _. d, K, n# f; \非阻焊层限定(NSMD)7 P( E8 u, X, j0 z( X
NSMD 焊盘为金属限定焊盘，焊盘周围有一个相应的阻焊层。
- w# C; M4 n$ |* d
阻焊层开口大于金属焊盘。
$ ~9 r# W% X. ]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 m3 x: [+ Y图 3. WLP 的 SMD 与 NSMD PCB 焊盘设计
$ j6 u" L; K9 E4 e ^
选择 NSMD 与 SMD 焊盘时必须考虑功率、接地和信号走向的要求。
' I( K2 G1 J) x$ z; B1 v4 [9 i% f
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。
) F2 i! x$ o. O% {" J5 y! k
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)。
! I* F5 p/ b0 p* w' I; K. q
建议在所有焊盘之间使用阻焊层。
; v7 j; c2 p. ^连接焊盘的引线宽度应该小于焊盘直径的 60%。
0 K* l* r# v* f
表 1. Maxim WLP 的 PCB 焊盘尺寸(微米)
7 C2 F6 S( U; F2 |
+ h( s2 S; v5 R: f( i
金属表面涂层
4 M [5 K5 v+ w% F5 D有机可焊性保护层(OSP)：允许使用。
: Q4 T' N% @: Q- }$ }, w3 O7 |/ W
无电镀镍 / 浸金(ENIG)：允许使用。
7 Z( |. N* l3 Q+ S: W7 B6 I3 x( \
浸锡电镀和热风整平(HASL)锡电镀：不推荐使用。
2 i' H' s. {- B7 U6 ~$ i! c, s& E
无铅 PCB 安装材料, o0 D% M3 x$ z8 N3 V0 o5 m
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。
' u; T7 s# o. J3 U# @( Y
焊膏印刷版膜过孔设计
) e8 v0 j x, @( U参考文献：
+ a0 E( W: y: w; l: S" p+ y. ~4 kIPC-7525 版膜设计指南
$ B; m7 N( t! H2 ^1 |过孔形状
. F- F0 f1 i! z- W为了改善焊膏从版膜的渗透，方形过孔优于圆形过孔。
, l C, B; Z# i R
版膜过孔形状应采用梯形，底层面积(PCB 侧)大于顶层面积。
5 Y+ A ]3 D, [- H- M) h焊接版膜制作
' E; i" x, H( g/ e8 Z# T) M版膜可以采用以下两种方法之一制作：
1 A; H' w3 q" X" ~$ s- r光刻不锈钢箔，后续采用电解法抛光。
5 N" N% s: r# {; C" }. j# c镍电镀金属箔。
2 J3 O# ^+ I& ^# v, r0 d I/ d3 ?
SMT 工艺流程
- \& `9 Z2 _! r8 j) p5 {. Y- M5 U
自动放置元件
! Y1 Z3 s( W: O9 u' 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。
1 X1 L& W# @2 n拾取放置时的力度应非常小，以避免物理损坏。
' Z* g& q$ t- X5 M+ c4 s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%。
6 |4 s Z0 m: ]6 S5 w
焊膏回流7 D. L* v" a) f1 X+ d
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。
: y& ^6 w- A8 O
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。
3 l+ ^: Z5 z0 F& k; E7 H: m
WLP 返修% u# | a" S; P1 S% H- D
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 S/ }! @2 ^. E) q4 q0 h2 n; b4 F6 b
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。
" ?: W8 w3 [6 OWLP 封装热特性" ?6 T1 c! Y3 I
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。
# f; j! A4 {. r1 A
图 4. 四层电路板(2s2p)的ΘJA 与焊球数量的关系
; ]+ p; ^: J( G
图 5. 四层电路板(2s2p)的ΘJB 与焊球数量的关系
d4 s3 u/ G" f+ B4 k; W
Maxim WLP 可靠性' G' x1 m/ ]+ L8 o8 Y) Y
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。
8 r, d8 O: B" y
表 2. 可靠性验证条件
1 `% e$ l- f$ [3 j3 v! K3 n( C
4 g- Y i: s* `, x; v& \# J$ r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%。
' x6 X) W* e& |- ^- @& B6 X( r( N表 3. 0.5mm 焊球间隔、6 × 6 阵列无铅 WLP 的可靠性测试结果
3 v5 v* \! _/ K% p
6 l) D$ r- P2 Y( [% M
*采用 WLP 菊链连接。
& U' b) n+ \8 m4 B) G$ K( x, I" a" E2 e% C) R7 w1 g) Y6 F0 F6 @* S
6 F1 ?: q0 r* }' Q, _& `
1 }* l/ ]) x! b5 R0 E0 E1 l6 }
/1 
发表于 2020-11-6 10:07
收藏
淘帖
支持！
反对！