晶圓級封裝及其應(yīng)用

本應(yīng)用筆記討論ADI公司的晶圓級封裝（WLP），并提供WLP的PCB設(shè)計(jì)和SMT組裝指南。

介紹

WLP 具有小尺寸和低電感的優(yōu)點(diǎn)。ADI公司的WLP在晶圓上制造。背面層壓可提高WLP主體的機(jī)械強(qiáng)度。無鉛焊球用作 PCB 互連的芯片。示例封裝概述如圖 1 所示。

圖1.WLP 的 SEM 照片。

其他T&R信息

ADI公司以磁帶和卷軸（T&R）格式提供WLP。T&R要求基于EIA-481標(biāo)準(zhǔn)。

圖2.0.4mm 間距 WLP 的封裝外形圖。

印刷電路板設(shè)計(jì)

表面貼裝封裝使用兩種類型的焊盤模式（圖 3）：

非阻焊層定義 （NSMD） 焊盤 – 阻焊層開口大于金屬焊盤。NSMD焊盤尺寸與金屬焊盤相同。

阻焊層定義 （SMD） 焊盤 – 阻焊層開口小于金屬焊盤。SMD焊盤尺寸是指阻焊層開口的大小.

圖3.NSMD 和 SMD 焊盤模式的圖示。

雖然 NSMD 和 SMD 焊盤均用于應(yīng)用，但建議使用 NSMD 焊盤。NSMD焊盤具有更精確的焊盤尺寸和電路板側(cè)更好的焊點(diǎn)可靠性的優(yōu)點(diǎn)。在給定的占地面積下，只能使用一種類型的焊盤（NSMD或SMD）和一種焊盤表面光潔度。推薦的焊盤尺寸如表1所示。走線的寬度不應(yīng)大于100μm，以避免焊料在進(jìn)入NSMD焊盤時(shí)過度潤濕到走線上，這可能會改變焊點(diǎn)形狀。建議在跡線入口處使用淚滴，以降低痕量破裂的風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)由于高載流等原因需要寬走線進(jìn)入焊盤時(shí)，可以使用 SMD 焊盤。SMD焊盤可以使用較大的金屬焊盤和更寬的金屬走線。

通過墊內(nèi)（VIP）是可以接受的。VIP處的凹坑會導(dǎo)致組裝時(shí)焊料空洞。真空絕熱板處的小空隙不會顯著降低焊點(diǎn)的可靠性。用戶可以通過質(zhì)量評估可接受的質(zhì)量。完全固定的VIP可以通過封頂來實(shí)現(xiàn)，盡管這不是必需的。建議將VIP放在角球位置，以提高PCB的可靠性。

印刷電路板表面光潔度

工業(yè)中使用有機(jī)可焊性防腐劑（OSP），化學(xué)鍍鎳/沉金（ENIG），電解鎳/金，化學(xué)鍍鎳化學(xué)鍍鈀/沉金（ENEPIG），沉銀和沉錫飾面。對于需要跌落測試可靠性的應(yīng)用，建議使用 OSP。

貼片組裝

標(biāo)準(zhǔn)SMT設(shè)備和工藝用于WLP組裝。工藝流程如下：

來料 WLP 檢驗(yàn) ↓
焊膏沉積
↓
WLP 拾取和放置
↓ 焊料回流
↓ 助焊劑清洗（可選）
↓


檢驗(yàn)

焊膏或助焊劑印刷和浸漬方法均可提供可接受的裝配質(zhì)量和可靠性。ADI公司的WLP符合聯(lián)合電子設(shè)備工程委員會（JEDEC）1級濕度敏感度分類。組裝前無需烘烤。

模板設(shè)計(jì)

焊膏、助焊劑或液體助焊劑可以在組裝前用模板在 PCB 上印刷。帶有納米涂層的高質(zhì)量激光切割不銹鋼模板提高了傳輸效率和一致性。建議用于WLP，尤其是間距小于0.4mm的WLP。焊膏檢測 （SPI） 也推薦用于此類細(xì)間距 WLP 組件。最佳鋼網(wǎng)孔徑尺寸取決于鋼網(wǎng)制造技術(shù)、印刷設(shè)備、焊膏類型和工藝參數(shù).推薦的模板厚度和參考孔徑尺寸列于表 2 中。

0.3mm間距WLP的錫膏印刷具有挑戰(zhàn)性。用戶應(yīng)根據(jù)設(shè)備功能確定模板設(shè)計(jì)， 錫膏選擇， 和模板技術(shù).或者，可以使用助焊劑浸漬。

焊膏

傳統(tǒng)的無鉛焊膏可用于WLP組裝。3 型焊膏可用于 0.5mm 和 0.4mm 間距 WLP 組件，而 4 型焊膏則優(yōu)選用于 0.35mm 和 0.3mm 間距 WLP。SnPb焊膏不應(yīng)用于無鉛WLP組裝。

自動組件拾取和放置

標(biāo)準(zhǔn)拾取和放置設(shè)備可用于放置ADI公司的WLP。為了獲得更好的精度，首選細(xì)間距 IC 封裝貼裝設(shè)備。建議使用塑料拾取噴嘴。拾取和放置力不應(yīng)超過2N。

WLP 車身輪廓可用于組件識別。為了獲得更好的放置精度，可以使用焊球進(jìn)行對準(zhǔn)。通過這種方法，使用查找相機(jī)來識別焊球。設(shè)備將球陣列本身進(jìn)入封裝，以獲得更好的對準(zhǔn)精度。

薄型 WLP 和超薄型 WLP 的標(biāo)記檢測

移動或可穿戴應(yīng)用對更薄封裝的需求越來越多。對于WLP，在晶圓減薄到一定厚度后需要特殊工藝來處理大的翹曲。薄型WLP或超薄型WLP采用膠帶打標(biāo)（在二合一背面層壓板上），標(biāo)記比正常情況淺。

強(qiáng)烈建議使用散射光（非直光）進(jìn)行標(biāo)記檢查。設(shè)備設(shè)置有發(fā)光二極管（LED）環(huán)形燈或側(cè)燈或暗場功能，可以輕松實(shí)現(xiàn)散射光效果。

回流 焊

ADI公司的所有WLP均兼容行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的焊接回流工藝。優(yōu)化的回流曲線考慮了助焊劑類型和要焊接到電路板上的所有組件。使用氮?dú)舛栊詺夥栈亓骱甘强蛇x的。與空氣回流焊相比，它證明了無鉛 WLP 在焊盤上的居中效果更好，焊料氧化更少。

助焊劑清洗

不建議進(jìn)行回流焊后清洗，尤其是在使用免清洗型焊膏時(shí)。如果需要清潔，建議使用浸泡式噴霧或超聲波浸沒式清潔方法。必須對助焊劑、焊膏和清潔溶劑的相容性進(jìn)行徹底的研究。

底部填充

通常，WLP 不需要底部填充材料。在某些應(yīng)用中，當(dāng)選擇合適的底部填充材料時(shí)，底部填充可以提高WLP的機(jī)械堅(jiān)固性。

重做

不建議返工。它只能使用受控且合格的過程進(jìn)行，以防止機(jī)械和靜電放電 （ESD） 損壞。

可靠性

可靠性要求列于表 3 中。

熱性能

熱建模是在JEDEC靜止空氣條件下執(zhí)行的。0.5mm 和 0.4mm 間距 WLP 的結(jié)溫到環(huán)境熱阻值分別列于表 4 和表 5 中。

審核編輯：郭婷