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晶片级封装(WLP)及其应用

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晶片级封装(WLP)及其应用

Oct 08, 2003

摘要：本文详细讨论了Maxim的晶片级封装(WLP)，其中包括：晶圆架构、卷带包装、PCB布局、安装、回流焊、热特性以及可靠性等问题。

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注：最终用户及安装人员有负责遵循符合其行业标准的设计和装配文件，行业标准文件包括(

但不限于)以下内容：

∙电子工业联接协会(IPC)

∙半导体标准行业协会(JEDEC) 别巡检2

∙电子工业协会(EIA)

∙国际电子制造联合会(iNEMI)

∙国际电工委员会(IEC)

∙美国国家标准学会(ANSI)

∙Jisso国际理事会(JIC)

∙日本印刷电路工业会(JPCA)

∙线束及组件制造商协会(WHMA)

概述

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。

图1. 10 x 10 WLP侧视图照片

WLP结构

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。

WLP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。

WLP球栅阵列设计和尺寸

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。

图2. 10 x 10阵列WLP的封装外形图

WLP载带

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。

PCB安装流程及实施

参考文献：

短期负荷预测∙IPC-7094 关于倒装芯片及裸片的设计和安装流程

PCB设计规则

参考文献：

∙IPC-A-600 可接受的印刷电路板

∙IPC-6011 关于印刷电路板的通用规格说明

∙IPC-6012 关于刚性印刷电路板的认证和规格说明

∙IPC-6013 关于柔性印刷电路板的认证和规格说明

∙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

∙IPC-D-279 关于表面贴装印刷电路板安装的可靠设计指南

∙IPC-2221 关于印刷电路板设计的通用标准

∙IPC-2222 关于刚性印刷电路板的组合设计标准

∙IPC-2223 关于柔性印刷电路板的组合设计标准

∙IPC-2226 关于高密度阵列或表贴架构外设的设计标准

1.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。

2.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。

安装模板设计

参考文献：

∙IPC-7351 关于表贴设计的常规要求和安装模板的标准

用于表贴封装元件的焊盘结构有两种(图3)：

1.阻焊层限定(SMD)

oSMD焊盘在金属表面带有阻焊层开槽。

o阻焊层开口小于金属焊盘。

o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。

2.非阻焊层限定(NSMD)

熏蒸床

oNSMD焊盘为金属限定焊盘，焊盘周围有一个相应的阻焊层。

o阻焊层开口大于金属焊盘。

o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。

图3. WLP的SMD与NSMD PCB焊盘设计

选择NSMD与SMD焊盘时必须考虑功率、接地和信号走向的要求。

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。

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)。

建议在所有焊盘之间使用阻焊层。

连接焊盘的引线宽度应该小于焊盘直径的60%。

表1. Maxim WLP的PCB焊盘尺寸(微米)

crs014

WLP Ball Pitch	Nominal Ball Size Diameter	Nominal Pad Size Diameter Used in Maxim Package Qualification	Recommended Pad Size Range
500	300	220	220 ±25
500	350	275	275 ±25
400	250	210	210 ±25