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在医疗设备中使用WLCSP封装的设计考虑作者：Mike Delays 和 Santosh Kudtarkar便携式医疗保健设备和服务越來越评及•般來说.这些设备必须高效和•不可见:•因而在低功耗和小体积方面给设讣师带来了新的挑战如今晶 圆级芯片级封装（WLCSP）能使以往不可能实现的医学治疗得以实现这些新的应川包扌舌创伤检测.医学植入以及抛弃型便携式监测仪等木文首先 介绍WLCSP技术，然后讨论PCB连接盘图案.焊盘终饰层和电路板厚度设计的最佳实用技巧，以便发挥WLCSP的最大功效如图1所示，WLCSP是倒装芯片互连技术的一个变种借助WLCSP技术，裸片的有源面被倒胃，并使用焊球连接到PCB这些焊球的尺寸通常足够大（在0.5mm （nJ距、预回流焊时有300pm）,可省去倒装芯片互连所需的底部填充工艺°图1： WLCSP封装这种互连技术有以下一些优点：• 通过省去第一层封装（模塑复合材料、引线框或有机基底）可以节省可观的空间例如，8-ball WLCSP所占电路板而枳只有8・lead SOIC 的8%o• 通过省去标准塑料封装中使用的连接线和引线可以减小电感.提高电气性能• III于省去了引线框和模現貝合材料，使得封装外形更加轻薄.• 无襦底部填充工艺；可以便用标准的SMT组装设备.• 由于轻质裸片在焊接过程中具有白我校准特性，因此组装良率较高。

封装结构WLCSP可以彼分成两种结构类型：巨接凸块和匝分布层（RDL）宜接凸块直接凸块WLCSP包含一个可选的有机层(聚龊亚胺).这个层用作有源裸片表而上的应力缓冲器聚低亚胺覆盖了除连接綁盘四周开如区域Z外的 整个探片面积在这个开爾区炖之上溅射或电镀凸块下金属层(UBM)UBM足不同金属层的堆社，包桔扩散层.费垒层.润湿层利抗氧化层焊球 落在UBM之上(因此叫落球).然后通过回流焊形成焊料凸块直接凸块WLCSP的结构如图2所示焊料凸块—UBW 聚酰亚胺 钝化裸片邦定焊盘■图2：直接凸块WLCSP.邀分布层(RDL)图3足••种啦分布层(RDL)WLCSPo这种技术町以将为邦定线(邦定焊盘安排在0U周)而设计的裸片转换成WLCSP.与直接凸块不同的足，这种 WLCSP便用两层聚醴亚胺层第一层聚楡亚胺层沉枳在裸片上，并保持邦定埠盘处于开商状态RDL层通过溅射或电镀溺外因阵列转换为区域阵 列随后的结构类似宜接凸块一包括第二个聚酰亚胺层.UBM和落球国 3： 16分布层(RDL)WLCSP.技佳的印刷电路板(PCB)设计实践技巧关键的电路板设计参数是焊盘开窗尺上 焊盘类型、埠盘终饰层和电跑板厚度.焊盘开窗尺寸根据IPC标准，焊盘开窗尺寸等于UBM开窗尺寸。

典型的焊盘开窗如图4所示•其尺寸是:• 250pm（0.5mm 间距 WLCSP）• 200pm（0.4mm 间距 WLCSP）阳焊层开窗尺寸等于焊盘开窗尺寸加上lOOpm.走线宽度应小于焊盘开窗尺寸的三分之二増加走线宽度将导毀焊料凸块的宜立髙度降低因此为 了确保焊接的可靠性，保持正确的走线宽度比很斎要阻焊层开窗图4：焊盘开窗焊盘类型在电路板制造过程中.以下类塑的埠盘/连接盘图案被用于表而贴组装：• 无阻焊层限定（NSMD）. PCB上的金屈焊盘（连接普I/O）尺寸小于阻焊层开窗• 有阻焊层限定（SMD）.识悍层开陽小于金属焊盘图5显示了这两类连接盘图案之间的区别NSMD Pad图5：焊盘类型因为铜蚀刻工艺的控制要比阻焊层开窗工艺严格，因此丫愿选择NSMD,而非SM6 NSMD焊盘上的阻焊层开窗尺寸要大于铜焊盘.因此能使焊 料附若于铜焊盘的两而.从而提高埠点的可靠性.焊盘终饰层金属焊盘上的终饰层对裟配良率和可靠性有很大的影响典型的金屈焊盘终饰处理剂使用的是有机衣面保护剂(OSP)/非电镀傑沉金(ENIG)金属焊 盘上的OSP处理剂厚度是0.2 pm至0,5pm.这种处理剂会在回流焊过程中蒸发掉，然垢在焊料和金届焊盘之间发生分界面反应。

ENIG处理剂由 5pm的无电镀银和0.02pm至0.05pm的金组成•在回流焊期间，金层会很快溶敝・紧接着银与焊料Z间起反应为了防止形成易碎的金属互化物， 将金层的厚度保持在0.05pm以下非常关键•电路板厚度业界使用的标准电路板朋度范国从0.4mm至23mm厚度的选择取决于复杂系统组装的许棒性要求电路板越薄，切割应力范国.嫌变切削张力 范昭热应力下焊点中的舞变张力能址密度范国就越小因此，越薄的积层板将导致焊点的热疲劳寿命越长(John H. Lau和S・W. Ricky Lee］案例分析：采用WLCSP的仪表放大器版图采用品例级芯片级封装的仪农放大器可以很好地体现出最佳的WLCSP PCB设计实践技巧c AD8235 40pA微功耗仪农放人器在便携式医疗设备中 很常见分析此案例的H的是确定PCB板厚度并设计图案以使封装应力於小.因为这种应力会改变仪衣放犬器的失调电压.增益精度和共模抑制性能AD8235安装在PCB的中央电路板应力(热和机械应力)在PCB中央最小，越ft PCB边缘越大.由于AD8235只有1.6mmx2.0mm,它承受的裸 片应力比更大的WLCSP耍小「使用0・8mm的超薄PCB板也能减少应力• |对为这种PCB板更加柔切，并H符合热•机械应力感应期间的裸片持性。

好外.当PCB弯曲时.山于AD8235焊接在很小比例的农面积上.与PCB的剰余地方相比.AD8235下方区域经受的弯曲变化最小.由于走线宽 度保持在焊盘开窗氏径的三分Z二，因此这种弯曲影响还能得到进-步的补偿保持三分Z二这个比例可以确保焊料凸块不会完全流到走线丨这 样封装能保持牢固地连接在电路板上，并具有合理的江立高度这里选择的ENIG焊盘终饰层是小于0.05pm的金层，可确保可靠的焊点形成参考文献:1. John H. Lau and S.W. Ricky Lee, "Effects of Build-Up Printed Circuit Board Thickness on the Solder Joint Reliability of a Wafer Level ChipScale Package （WLCSP）,M IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, Vol.25. No.1, March 2002, pages 3・14.—作者简介―Mike DeLausMike DeLaus于1988年加入ADI公诃高级工艺开发组.担任开发工程师。

他最初参与了 SDI资助的抗辐射ADC项目.后來从爭XFCBJ项目中 的名晶硅发射辭开发他在ADI-Limerick用了两年时问硏发0.6pm CMOS工艺他还领导过XFCB-2和XFCB-3的后端开发，包括新型MOMCAP 和TFR结构的开发从2005年开始，他一宜负责晶圆级时装开发工作Santosh A. KudtarkarSantosh A. Kudtarkar是ADI公司全球制造组的一位封装开发工程师Santosh拥有印度孟买大学的电子工程专业学士学位（1999年），并在纽约州 立大学宾汉姆顿分校主修电子封装制造专业，并在这所大学获紂电气专业（2002年）和机戚工程（2004年）专业的硕士学位以及系统科学专业（2008年） 的博上学位H尬他在ADI公司负贵WLCSP封装等方面的工作。