SMD微型SMD晶圓級CSP封裝

2012-11-09 18:34 醫(yī)學(xué)教育網(wǎng)

微型SMD是標(biāo)準(zhǔn)的薄型產(chǎn)品。在SMD芯片的一面帶有焊接凸起(solder bump)。微型SMD生產(chǎn)工藝步驟包括標(biāo)準(zhǔn)晶圓制造、晶圓再鈍化、I/O焊盤上共熔焊接凸起的沉積、背磨(僅用于薄型產(chǎn)品)、保護(hù)性封裝涂敷、用晶圓選擇平臺進(jìn)行測試、激光標(biāo)記，以及包裝成帶和卷形式，最后采用標(biāo)準(zhǔn)的表面貼裝技術(shù)(SMT)裝配在PCB上。

微型SMD是一種晶圓級芯片尺寸封裝(WLCSP)，它有如下特點(diǎn)：

1. 封裝尺寸與裸片尺寸大小一致；

2. 最小的I/O管腳；

3. 無需底部填充材料；

4. 連線間距為0.5mm；

5. 在芯片與PCB間無需轉(zhuǎn)接板(interposer)。

表面貼裝注意事項

a. 微型SMD表面貼裝操作包括：

1. 在PCB上印刷焊劑；

2. 采用標(biāo)準(zhǔn)拾放工具進(jìn)行元件放置；

3. 焊接凸起的回流焊及清潔(視焊劑類型而定)。

b. 微型SMD的表面貼裝優(yōu)點(diǎn)包括：

1. 采用標(biāo)準(zhǔn)帶和卷封裝形式付運(yùn)，方便操作(符合EIA-481-1規(guī)范)；

2. 可使用標(biāo)準(zhǔn)的SMT拾放工具；

3. 標(biāo)準(zhǔn)的回流焊工藝。

SMD貼片元件的封裝尺寸

公制：3216——2012——1608——1005——0603——0402

英制：1206——0805——0603——0402——0201——01005

注意：

0603有公制，英制的區(qū)分

公制0603的英制是英制0201

英制0603的公制是公制1608

還要注意1005與01005的區(qū)分

1005也有公制，英制的區(qū)分

英制1005的公制是公制2512

公制1005的英制是英制0402

像在ProtelDXP(Protel2004)及以后版本中已經(jīng)有SMD貼片元件的封裝庫了，如

CC1005-0402：用于貼片電容，公制為1005，英制為0402的封裝

CC1310-0504：用于貼片電容，公制為1310，英制為0504的封裝

CC1608-0603：用于貼片電容，公制為1608，英制為0603的封裝

CR1608-0603：用于貼片電阻，公制為1608，英制為0603的封裝，與CC16-8-0603尺寸是一樣的，只是方便識別。

PCB布局

表面貼裝封裝有非焊接屏蔽界定(NSMD)和焊點(diǎn)屏蔽界定(SMD)兩種。與SMD方式相比，NSMD方式可嚴(yán)格控制銅蝕刻工藝并減少PCB上的應(yīng)力集中點(diǎn)，因此應(yīng)首選這種方式。

為了達(dá)到更高的離地高度，建議使用厚度低于30微米的覆銅層。30微米或以上厚度的覆銅層會降低有效離地高度，從而影響焊接的可靠性。此外，NSMD焊盤與接地焊盤之間的連線寬度不應(yīng)超過焊盤直徑的三分之二。建議使用表1列出的焊盤尺寸：

采用焊盤內(nèi)過孔結(jié)構(gòu)(微型過孔)的PCB布局應(yīng)遵守NSMD焊盤界定，以保證銅焊盤上有足夠的潤焊區(qū)從而增強(qiáng)焊接效果。

考慮到內(nèi)部結(jié)構(gòu)性能，可使用有機(jī)可焊性保護(hù)(OSP)涂層電路板處理方法，可以采用銅OSP和鎳-金鍍層：

1. 如果采用鍍鎳-金法(電鍍鎳，沉積金)，厚度不應(yīng)超過0.5微米，以免焊接頭脆變；

2. 由于焊劑具有表面張力，為了防止部件轉(zhuǎn)動，印制線應(yīng)在X和Y方向上對稱；

3. 建議不使用熱空氣焊劑涂勻(HASL)電路板處理方法。

絲網(wǎng)印刷工藝

1. 模版在經(jīng)過電鍍拋光后接著進(jìn)行激光切割。

2. 當(dāng)焊接凸起不足10個而且焊接凸起尺寸較小時，應(yīng)盡量將孔隙偏移遠(yuǎn)離焊盤，以盡量減少橋接問題。當(dāng)焊接凸起數(shù)超過10或者焊接凸起較大時則無需偏移。

3. 采用3類(粒子尺寸為25-45微米)或精密焊劑印刷。

元件放置

微型SMD的放置可使用標(biāo)準(zhǔn)拾放工具，并可采用下列方法進(jìn)行識別或定位：

1. 可定位封裝的視覺系統(tǒng)。

2. 可定位單個焊接凸起的視覺系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的速度較慢而且費(fèi)用很高。

微型SMD放置的其它特征包括：

1. 為了提高放置精度，最好采用IC放置/精密間距的放置機(jī)器，而不是射片機(jī)(chip-shooter)。

2. 由于微型SMD焊接凸起具有自我對中(selfcentering)特性，當(dāng)放置偏移時會自行校正。

3. 盡管微型SMD可承受高達(dá)1kg的放置力長達(dá)0.5秒，但放置時應(yīng)不加力或力量盡量小。建議將焊接凸起置于PCB上的焊劑中，并深入焊劑高度的20%以上。

回流焊和清潔

1. 微型SMD可使用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的回流焊工藝。

2. 建議在回流焊中使用氮?dú)膺M(jìn)行清潔。

3. 按J-STD-020標(biāo)準(zhǔn)，微型SMD可承受多達(dá)三次回流焊操作(最高溫度為235℃)，符合。

4. 微型SMD可承受最高260℃、時間長達(dá)30秒的回流焊溫度，。

焊接返工

產(chǎn)生微型SMD返工的關(guān)鍵因素有如下幾點(diǎn)：

1. 返工過程與多數(shù)BGA和CSP封裝的返工過程相同。

2. 返工回流焊的各項參數(shù)應(yīng)與裝配時回流焊的原始參數(shù)完全一致。

3. 返工系統(tǒng)應(yīng)包括具有成型能力的局部對流加熱器、底部預(yù)加熱器，以及帶圖像重疊功能的元件拾放機(jī)。

質(zhì)量檢測

以下是微型SMD安裝在FR-4 PCB上時的焊接點(diǎn)可靠性檢查，以及機(jī)械測試結(jié)果。測試包括使用菊花鏈元件。產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)在產(chǎn)品的每項質(zhì)檢報告中分別列出。

焊接可靠性質(zhì)檢

1. 溫度循環(huán)：應(yīng)遵循IPC-SM-785 《表面貼裝焊接件的加速可靠性測試指南》進(jìn)行測試。

2. 封裝剪切：作為生產(chǎn)工藝的一部分，應(yīng)在封裝時收集焊接凸起的剪切數(shù)據(jù)，以確保焊球(solder ball)與封裝緊密結(jié)合。對于直徑為0.17mm的焊接凸起，所記錄的每焊接凸起平均封裝剪切力約為100gm。對于直徑為0.3mm的焊接凸起，每個焊接凸起的封裝剪切力大于200gm。所用的材料和表面貼裝方法不同，所測得的封裝剪切數(shù)值也會不同。

3. 拉伸測試：將一個螺釘固定在元件背面，將裝配好的8焊接凸起微型SMD部件垂直上拉，直到將元件拉離電路板為止。對于直徑為0.17mm的焊接凸起來說，所記錄的平均拉升力為每焊接凸起80gm。

4. 下落測試：下落測試的對象是安裝在1.5mm厚PCB上具有8個焊接凸起的微型SMD封裝，焊接凸起直徑為0.17mm。在第一邊下落7次，第二邊下落7次，拐角下落8次，水平下落8次，總共30次。如果測試結(jié)果菊花鏈回路中的阻抗增加10%以上，則視為不能通過測試。

5. 三點(diǎn)折彎測試：用寬度為100mm的測試板進(jìn)行三點(diǎn)彎曲測試，以9.45 mm/min的力對中點(diǎn)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)。測試結(jié)果表明，即使將扭轉(zhuǎn)力增加到25mm也無焊接凸起出現(xiàn)損壞。