作者：Mike Delaus and Santosh Kudtarkar

晶圓級芯片級封裝使設計人員能夠 便攜式醫療設備，如侵入式傳感， 醫療植入物和一次性監視器 - 減小尺寸 和電源要求。

醫療設備設計的主要趨勢之一 是使設備更接近患者 醫生辦公室或自己家里通過制作 這些設備更便攜。這涉及所有 設計方面，尤其是影響尺寸和功率 消費?？s小這些電子部分 儀器的使用得到了極大的幫助 晶圓級 芯片級封裝 （WLCSP）。

這些新應用包括侵入式傳感、醫療 植入物和一次性便攜式監視器。但是要得到 在性能和可靠性方面最優秀的WLCSP， 設計人員在設計 印刷電路板 （PCB） 焊盤圖案、焊盤表面處理和 板厚度。

晶圓級芯片級封裝是倒裝芯片的一種變體 互連技術（圖1）。對于 WLCSP， 芯片的有源側倒置并連接到PCB 使用焊球。這些焊球的尺寸通常為 足夠大（300 μm 預回流焊，間距為 0.5 mm，250 0.4 mm 間距的 UM 預回流焊），以避免底部填充 倒裝芯片互連是必需的。這種互連 技術提供了幾個優勢。

圖1.WLCSP 封裝

首先，通過消除 第一級封裝（模塑料、引線框架或 有機基質）。例如，一個 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 標準塑料包裝。

此外，設計可實現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 復合。無需底部填充，作為標準表面貼裝 （SMT）組裝設備可以使用。和 最后，通過自對準實現高裝配良率 焊接連接過程中低質量芯片的特性。

包裝結構

WLCSP可分為兩種結構類型： 直接凹凸和再分布層 （RDL）。

直接凸塊 WLCSP 由可選的有機層組成 （聚酰亞胺），用作有源芯片上的應力緩沖器 表面。聚酰亞胺覆蓋整個模具區域，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散 層、阻隔層、潤濕層、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技術允許為引線鍵合設計的芯片 （沿外圍布置的粘合墊）是 轉換為 WLCSP。與直接顛簸相比，這 WLCSP的類型使用兩個聚酰亞胺層。第一個 聚酰亞胺層沉積在芯片上，保持粘合 墊打開。RDL層經過濺射或電鍍以轉換 區域陣列的外圍陣列。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.重新分發層 （RDL） WLCSP

落球后是晶圓背磨、激光打標、測試、 分離，以及磁帶和卷軸。還有一個選項 在背面研磨過程后應用背面層壓板 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 設計實踐

關鍵電路板設計參數是焊盤開口、焊盤 類型、焊盤表面處理和電路板厚度。基于IPC 標準，墊開口等于 UBM 開口。這 對于間距為 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 焊料凸點的高度。因此，保持適當的 走線寬度比對于確保可靠性非常重要 焊接連接。對于電路板制造，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

因為銅蝕刻工藝比銅蝕刻工藝具有更嚴格的控制 阻焊層開口工藝，NSMD優于 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 側面銅焊盤和提高可靠性 焊點。

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

ENIG 飾面由 5 μm 化學鍍鎳和 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 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。標準板厚度 范圍從 0.4 毫米到 2.3 毫米。選擇的厚度取決于填充系統所需的堅固性 集會。電路板越薄，剪切應力越小 范圍、蠕變剪切應變范圍和蠕變應變能 熱負荷下焊點的密度范圍。 因此，更薄的堆積板會導致更長的時間 焊點的熱疲勞壽命。

測試和評估

結合上述變量，WLCSP 通過加速對設備進行評估可靠性 壓力測試，如高溫存儲 （HTS），高度 加速壓力測試， 高壓釜測試， 溫度循環、高溫工作壽命測試 （HTOL）和無偏高加速壓力測試 （超高溫）。除了熱機械引起的應力 測試，機械測試，如跌落和彎曲測試是 也進行了。

進行 HTS 測試以確定長期效果 在高溫下存儲在設備上，沒有任何 施加的電應力。該測試評估長期 設備在高溫條件下的可靠性。 典型的測試條件是 150°C 和/或 175°C 對于 1000 小時。該測試包括將零件暴露在指定的 指定時間內的環境溫度。

審核編輯：郭婷