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)計和SMT組裝指南。
介紹
WLP 具有小尺寸和低電感的優(yōu)點。ADI公司的WLP在晶圓上制造。背面層壓可提高WLP主體的機械強度。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標準。
圖2.0.4mm 間距 WLP 的封裝外形圖。
印刷電路板設(shè)計
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)更好的焊點可靠性的優(yōu)點。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，以避免焊料在進入NSMD焊盤時過度潤濕到走線上，這可能會改變焊點形狀。建議在跡線入口處使用淚滴，以降低痕量破裂的風險。
當由于高載流等原因需要寬走線進入焊盤時，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處的凹坑會導致組裝時焊料空洞。真空絕熱板處的小空隙不會顯著降低焊點的可靠性。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。
| 球間距（毫米） | 可接受的印刷電路板焊盤直徑（μm） | 推薦的印刷電路板焊盤直徑（μm） |
| 0.5 | 220 到 280 | 250 |
| 0.4 | 200 到 260 | 250 |
| 0.35 | 190 到 220 | 200 |
| 0.3 | 160 到 190 | 180 |
印刷電路板表面光潔度
工業(yè)中使用有機可焊性防腐劑（OSP），化學鍍鎳/沉金（ENIG），電解鎳/金，化學鍍鎳化學鍍鈀/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
標準SMT設(shè)備和工藝用于WLP組裝。工藝流程如下：
來料 WLP 檢驗 ↓
焊膏沉積
↓
WLP 拾取和放置
↓ 焊料回流
↓ 助焊劑清洗（可選）
↓
檢驗
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
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。
| WLP 球球場 | 0.5mm 間距 | 0.4mm 間距 | 0.35mm 間距 |
| 推薦模板厚度 | 4密耳 | 4密耳 | 4密耳 |
| 參考模板孔徑尺寸 | 250微米 | 250微米 | 200微米 |
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， 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
標準拾取和放置設(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，可以使用焊球進行對準。通過這種方法，使用查找相機來識別焊球。設(shè)備將球陣列本身進入封裝，以獲得更好的對準精度。
薄型 WLP 和超薄型 WLP 的標記檢測
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（在二合一背面層壓板上），標記比正常情況淺。
強烈建議使用散射光（非直光）進行標記檢查。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，可以輕松實現(xiàn)散射光效果。
回流 焊
ADI公司的所有WLP均兼容行業(yè)標準的焊接回流工藝。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。使用氮氣惰性氣氛回流焊是可選的。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
不建議進行回流焊后清洗，尤其是在使用免清洗型焊膏時。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，當選擇合適的底部填充材料時，底部填充可以提高WLP的機械堅固性。
重做
不建議返工。它只能使用受控且合格的過程進行，以防止機械和靜電放電 （ESD） 損壞。
可靠性
可靠性要求列于表 3 中。
| 強調(diào) | 規(guī)范 | 阿布夫 | 條件 | 每手手數(shù)/SS 數(shù) | 期限/接受 |
| MSL 預(yù)處理 | JESTD20 | 個人電腦 | MSL1 | 3手/150單位 | 視覺和電氣測試 |
| 高溫儲存 | JESD22-A103 | 高溫 超導 | 150°C | 3手/77單位 | 1000小時/0 失敗 |
| 溫度循環(huán) | JESD22-A104 | TC | -40°C 至 +125°C，1 個周期/小時 | 3手/77單位 |
數(shù)組大小 1000 個周期 = 6×6/注意 陣列大小 500 個周期 > 6×6/注釋 |
| 工作壽命測試 | JESD22-A108 | 乙二醇 | TJ = 135°C | 3手/77單位 | 1000小時/0 失敗 |
| 跌落測試 | JESD22-B111 | DT | 康德· | 1手/60個單位 | 150滴/紙幣 |
| 注意：在為可靠性應(yīng)力指定的循環(huán)數(shù)下，在 5% 置信水平下滿足小于 90% 的故障率。 | |||||
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。
| 陣列大小 | 節(jié)距（毫米） | Θ賈（°C/W） 適用于 1S0P 板 | ΘJA（°C/W） 適用于 2S2P 板 |
| 2×2 | 0.5 | 329.2 | 87.4 |
| 4×4 | 0.5 | 154.8 | 49.1 |
| 6×6 | 0.5 | 110.4 | 37.7 |
| 8×8 | 0.5 | 87.8 | 31.6 |
| 10×10 | 0.5 | 73.4 | 27.7 |
| 12×12 | 0.5 | 63.4 | 24.8 |
| 14×14 | 0.5 | 55.9 | 22.5 |
| 陣列大小 | 節(jié)距（毫米） | Θ賈（°C/W） 適用于 1S0P 板 | Θ賈（°C/W） 適用于 2S2P 板 |
| 2×2 | 0.4 | 434.5 | 102.6 |
| 4×4 | 0.4 | 209.7 | 57.9 |
| 6×6 | 0.4 | 151.3 | 45.7 |
| 8×8 | 0.4 | 121.2 | 38.2 |
| 10×10 | 0.4 | 101.9 | 33.6 |
| 12×12 | 0.4 | 88.4 | 30.2 |
| 14×14 | 0.4 | 78.1 | 27.5 |
審核編輯：郭婷
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