在醫(yī)療設(shè)備中使用WLCSP封裝的設(shè)計考慮

在醫(yī)療設(shè)備中使用WLCSP封裝的設(shè)計考慮作者：MikeDelaus和SantoshKudtarkar便攜式醫(yī)療保健設(shè)備和服務(wù)越來越普及。一般來說，這些設(shè)備必須高效:不可見'，因而在低功耗和小體積方面給設(shè)計師帶來了新的挑戰(zhàn)。如今晶圓級芯片級封裝(WLCSP)能使以往不可能實現(xiàn)的醫(yī)學(xué)治療得以實現(xiàn)。這些新的應(yīng)用包括創(chuàng)傷檢測、醫(yī)學(xué)植入以及拋棄型便攜式監(jiān)測儀等。本文首先介紹WLCSP技術(shù)，然后討論PCB連接盤圖案、焊盤終飾層和電路板厚度設(shè)計的最佳實用技巧，以便發(fā)WLCSP的最大功效。如圖1所示，WLCSP是倒裝芯片互連技術(shù)的一個變種。借助VLCSP技術(shù)，裸片的有源面被倒置，并使用焊球連接到CB。這些焊球的尺寸通常足夠大(在0.5mm間距、預(yù)回流焊時有300pm)，可省去倒裝芯片互連所需的底部填充工藝。圖1：WLCSP封裝。這種互連技術(shù)有以下一些優(yōu)點：通過省去第一層封裝模塑復(fù)合材料、引線框或有機基底可以節(jié)省可觀的空間。例如，8-ballWLCSP所占電路板面積只有8-leadSOIC的8%。通過省去標(biāo)準(zhǔn)塑料封裝中使用的連接線和引線可以減小電感、提高電氣性能。由于省去了引線框和模塑復(fù)合材料，使得封裝外形更加輕薄。無需底部填充工藝；可以使用標(biāo)準(zhǔn)的SMT組裝設(shè)備。由于輕質(zhì)裸片在焊接過程中具有自我校準(zhǔn)特性，因此組裝良率較高。封裝結(jié)構(gòu)WLCSP可以被分成兩種結(jié)構(gòu)類型：直接凸塊和重分布廨DL)直接凸塊

直接凸塊WLCSP包含一個可選的有機房聚酰亞月胺)，這個層用作有源裸片表面上的應(yīng)力緩沖器。聚酰亞胺覆蓋了除連接焊盤四周開窗區(qū)域之外的整個裸片面積。在這個開窗區(qū)域之上濺射或電鍍凸塊下金屬由BM)。UBM是不同金屬層的堆疊，包括擴散層、勢壘層、潤濕層和抗氧化層焊球落在UBM之上(因此叫落球)，然后通過回流焊形成焊料凸塊。直接凸塊WLCSP的結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2：直接凸塊WLCSP。重分布層(RDL)圖3是一種重分布層(RDL)WLCSP。這種技術(shù)可以將為邦定線邦定焊盤安排在四周而設(shè)計的裸片轉(zhuǎn)換成WLCSP。與直接凸塊不同的是，這種WLCSP使用兩層聚酰亞胺層。第一層聚酰亞胺層沉積在裸片上，并保持邦定焊盤處于開窗狀態(tài)DL層通過濺射或電鍍將外圍陣列轉(zhuǎn)換為區(qū)域陣列。隨后的結(jié)構(gòu)類似直接凸-一包括第二個聚酰亞胺層、UBM和落球。圖3：重分布層(RDL)WLCSP。最佳的印刷電路板(PCB設(shè)計實踐技巧關(guān)鍵的電路板設(shè)計參數(shù)是焊盤開窗尺寸、焊盤類型、焊盤終飾層和電路板厚度。焊盤開窗尺寸根據(jù)IPC標(biāo)準(zhǔn)，焊盤開窗尺寸等于UBM開窗尺寸。典型的焊盤開窗如圖4所示，其尺寸是:. 250pm（0.5mm間距WLCSP）. 200|jm（0.4mm間距WLCSP）阻焊層開窗尺寸等于焊盤開窗尺寸加上100叩。走線寬度應(yīng)小于焊盤開窗尺寸的三分之二。增加走線寬度將導(dǎo)致焊料凸塊的直立高度降低。因此為了確保焊接的可靠性，保持正確的走線寬度比很重要。陽羯房開窗圖4：焊盤開窗。焊盤類型在電路板制造過程中，以下類型的焊盤連接盤圖案被用于表面貼組裝:. 無阻焊層限定(NSMD)。PCB上的金屬焊盤:連接著I/O)尺寸小于阻焊層開窗。. 有阻焊層限定(SMD)。阻焊層開窗小于金屬焊盤。圖5顯示了這兩類連接盤圖案之間的區(qū)別。圖5：焊盤類型。因為銅蝕刻工藝的控制要比阻焊層開窗工藝嚴(yán)格，因此寧愿選擇SMD，而非SMD。NSMD焊盤上的阻焊層開窗尺寸要大于銅焊盤，因此能使焊料附著于銅焊盤的兩面，從而提高焊點的可靠性。焊盤終飾層金屬焊盤上的終飾層對裝配良率和可靠性有很大的影響典型的金屬焊盤終飾處理劑使用的是有機表面保護(hù)劑OSP）/非電鍍鎳沉金ENIG）。金屬焊盤上的OSP處理劑厚度是0.2四至0.5pm。這種處理劑會在回流焊過程中蒸發(fā)掉，然后在焊料和金屬焊盤之間發(fā)生分界面反應(yīng)ENIG處理劑由5pm的無電鍍鎳和0.02pm至0.05pm的金組成。在回流焊期間，金層會很快溶解，緊接著鎳與焊料之間起反應(yīng)。為了防止形成易碎的金屬互化物，將金層的厚度保持在0.05pm以下非常關(guān)鍵。電路板厚度業(yè)界使用的標(biāo)準(zhǔn)電路板厚度范圍從0.4mm至2.3mm。厚度的選擇取決于復(fù)雜系統(tǒng)組裝的魯棒性要求。電路板越薄，切割應(yīng)力范圍、蠕變切割張力范圍、熱應(yīng)力下焊點中的蠕變張力能量密度范圍就越小。因此，越薄的積層板將導(dǎo)致焊點的熱疲勞壽命越長hnH.Lau和S.W.RickyLee。案例分析：采用WLCSP的儀表放大器版圖采用晶圓級芯片級封裝的儀表放大器可以很好地體現(xiàn)出最佳WLCSPPCB設(shè)計實踐技巧。AD823540pA微功耗儀表放大器在便攜式醫(yī)療設(shè)備中很常見。分析此案例的目的是確定PCB板厚度并設(shè)計圖案以使封裝應(yīng)力最小，因為這種應(yīng)力會改變儀表放大器的失調(diào)電壓、增益精度和共模抑制性能。AD8235安裝在PCB的中央。電路板應(yīng)力（熱和機械應(yīng)力）在PCB中央最小，越往PCB邊緣越大。由于AD8235只有1.6mmx2.0mm，它承受的裸片應(yīng)力比更大的WLCSP要小。使用0.8mm的超薄PCB板也能減少應(yīng)力，因為這種PCB板更加柔韌，并且符合熱-機械應(yīng)力感應(yīng)期間的裸片特性。另外，當(dāng)PCB彎曲時，由于AD8235焊接在很小比例的表面積上，與3CB的剩余地方相比，AD8235下方區(qū)域經(jīng)受的彎曲變化最小。由于走線寬度保持在焊盤開窗直徑的三分之二，因此這種彎曲影響還能得到進(jìn)一步的補償。保持三分之二這個比例可以確保焊料凸塊不會完全流到走線上，這樣封裝能保持牢固地連接在電路板上，并具有合理的直立高度。這里選擇的NIG焊盤終飾層是小于0.05pm的金層，可確?？煽康暮更c形成。

參考文獻(xiàn):1.JohnH.LauandS.WRickyLee,“EffectsofBuildUpPrintedCircuitBoardThicknessontheSolderJointReliabilityofaWaferLevelChipScalePackage(WLCSP),”IEEETransactionsonComponentsandPackagingTechnologies,Vol.25,No.1,March2002,page1s43*****作者簡*****作者簡儼**MikeDeLausMikeDeLaus于1988年加入ADI公司高級工藝開發(fā)組，擔(dān)任開發(fā)工程師。他最初參與EDI資助的抗輻射ADC項目，后來從事XFCB-1項目中的多晶硅發(fā)射器開發(fā)。他在ADI-Limerick用了兩年時間研發(fā)00mCMOS工藝。他還領(lǐng)導(dǎo)過XFCB-2和XFCB-3的后端開發(fā)，包括新型MOMCAP和TFR結(jié)構(gòu)的開發(fā)。從2005年開始，他一直負(fù)責(zé)晶圓級封裝開發(fā)工作。SantoshA.KudtarkarSantoshA.Kudtarkar是ADI公司全球制造組的