引言3 U9 o& _* W1 |, H- a
半导体技术的进步大大提高了芯片中的晶体管数量和功能，这一集成规模在几年前还无法想象。现在我们认识到，如果没有 IC 封装技术同样令人振奋的发展，也不可能实现便携式电子产品的设计。在消费类产品小型化和更轻、更薄发展趋势的推动下，厂商开发了更小的封装类型。最小的封装当然是芯片本身，图 1 描述了 IC 从晶片到单个芯片的实现过程，图 2 是一个实际的晶片级封装(CSP)。
晶片级封装的概念起源于 1990 年，在 1998 年定义的 CSP 分类中，晶片级 CSP 是多种应用的一种低成本选择，这些应用包括 EEPROM 等引脚数量较少的器件，以及 ASIC 和微处理器等。CSP 采用称为晶片级封装(WLP)的工艺进行加工，WLP 的主要优点是所有装配和测试都在晶片上进行。随着晶片尺寸的增大、管芯的缩小，WLP 的成本不断降低。作为最早采用该技术的公司，Dallas Semiconductor 在 1999 年便开始销售晶片级封装产品。
图 1. 晶片级封装(简图)最终将每个芯片从处理过的晶片上分离出来。
图 2. 12 焊球晶片级封装，3 x 4 焊球，2 个空焊球位置, R9 Y4 h0 h; R* |
命名规则
$ w( s! \7 h G业界在 WLP 的命名上还有分歧。CSP 晶片级技术非常独特，封装内部并没有采用键合方式。封装芯片的命名也有分歧。常用名称有：倒装芯片(STMicroelectronics 和 Dallas Semiconductor®)、CSP、晶片级封装、WLCSP、WL-CSP、MicroSMD (National Semiconductor)、UCSP (Maxim Integrated)、凸起管芯以及 MicroCSP (Analog Devices)等。
对于 Maxim®/Dallas Semiconductor，“倒装芯片”和“晶片级封装”最初是所有晶片级封装的同义词。过去几年中，封装有了进一步的细分。在本文档以及所有 Maxim 资料中，包括公司网站，“倒装芯片”是指焊球具有任意形状、可放在任何位置的晶片级封装管芯(边沿有空隙)。 “晶片级封装”是指在间隔规定好的栅格上有焊球的晶片级封装管芯。图 3 解释了这些不同，注意，并不是所有栅格位置都要有焊球。
图 3 中的倒装芯片尺寸反映了第一代 Dallas Semiconductor 的 WLP 产品；晶片级封装尺寸来自各个供应商，包括 Maxim。目前，Maxim 和 Dallas Semiconductor 推出的新型晶片级封装产品的关键尺寸列在表 1 中。
图 3. 图中显示了晶片级封装和倒装芯片封装的典型尺寸以及区别。4 T- H- v6 d4 _2 Y% m; a
表 1. Maxim 和 Dallas Semiconductor UCSP (晶片级封装)的标称尺寸 76 Z; w$ \ S9 h0 C7 W: W: y
晶片级封装(WLP)技术
, E) y. g# q! U2 o提供 WLP 器件的供应商要么有自己的 WLP 生产线，要么外包封装工艺。各种各样的生产工艺必须能够满足用户的要求，以确保最终产品的可靠性。Wafer-Level Packaging Has Arrived 8、The Wafer-Level Packaging Evolution9、WLCSP Technology Direction 10 等文章生动地介绍了 WLP 的过去和未来。美国亚利桑那州凤凰城的 FCI、美国北卡罗莱纳州的 Unitive®建立了 WLP 技术标准，产品名为 UltraCSP (FCI)和 Xtreme (Unitive)。Amkor 在并购了 Unitive 后，为全世界半导体行业提供 WLP 服务 11。
在电路 / 配线板上将芯片和走线连接在一起的焊球最初采用了锡铅共晶*合金(Sn63Pb37)。为了减少电子产品中的有害物质(RoHS)，半导体行业不得不采用替代材料，例如无铅焊球(Sn96.5Ag3Cu0.5)或者高铅焊球(Pb95Sn5)。每种合金都有自己的熔点，因此，在元件组装回流焊工艺中，温度曲线比较特殊(在特定温度上保持一段时间)。
集成电路的目的在于提供系统需要的全部电子功能，并能够装配到特定封装中。芯片上的键合焊盘通过线键合连接至普通封装的引脚上。普通封装的设计规则要求键合焊盘位于芯片周界上。为避免同一芯片出现两种设计(一种是普通封装，一种是 CSP)，需要重新分配层来连接焊球和键合焊盘。
确定倒装芯片 /UCSP 的可行性，符合无铅要求% e+ h H6 s. _' ?: p
Maxim/Dallas Semiconductor 只有一小部分器件采用了倒装芯片或 UCSP。识别封装最简单的方法是利用公司网站上的器件快速浏览网页。进行型号搜索后，会显示数据资料的快速浏览页，它包括器件的简要说明、关键特性、封装选择以及应用笔记的 URL 和详细信息的链接(例如，可靠性报告、评估套件)等。在快速浏览页的右上角可以找到型号的数据资料，如果多个型号使用同一份数据资料，型号表上有下拉框选择特定的型号。点击 Go，打开一个窗口，显示定购型号、封装说明、封装外形的 URL、温度范围以及封装是否无铅等。查找 FCHIP 或 UCSP，Dallas Semiconductor 器件的倒装芯片 /UCSP 标识符是“X”。Maxim UCSP 一般使用后缀“B”，随后是型号的数字部分 12。型号表中的封装外形总是含有定位标识，由于 UCSP 外形用于管芯大小不同的多种器件，因此，没有包括焊球的电配置参数，这些信息在器件的数据资料中提供。而倒装芯片外形只用于特定芯片，因此，其外形一般包括电配置参数。
倒装芯片 /UCSP 顶标(器件标识)
/ `: ~! I! ]& I与塑料封装常用的方式不同，大部分倒装芯片和 UCSP 没有给标准标识方式留有足够的空间。最小的 UCSP (4 个焊球)只有足够的定位标识和两行 6 字符代码的空间。定位标识还表明封装是“标准”(共晶焊球)、高铅(#)还是无铅(+)，见图 4。
图 4. 倒装芯片和 UCSP 标识模板8 D+ g2 [5 I$ e3 k
可以在快速浏览页的更多信息部分了解 UCSP 的顶标代码。某些情况下，数据资料中也有这些信息。对于反向查找，例如，从顶标确定器件的封装，可以使用网站上的顶标代码功能或下载完整的顶标表 13，利用搜索功能识别相应器件。顶标代码用于包含 12 个焊球的 UCSP。更大的 UCSP 有足够的空间打上全部型号以及日期代码等详细信息。表 2 所示为 Maxim 器件使用的商标。
表 2. 典型的 Maxim UCSP 商标, e6 d4 J |- P* y9 f/ k
表 3 中的商标类型也适用于 Dallas Semiconductor 的倒装芯片和 UCSP。激光标识非常小，需要放大镜才能看清楚。Dallas Semiconductor 的倒装芯片对最小器件采用类似方法，2 位器件代码(也称为系列码)之后是管芯的版本号，这一方法不需要交叉参考列表。
表 3. 典型的 Dallas Semiconductor 的倒装芯片和 UCSP 商标( q, F2 c, B3 Z' q6 ^
晶片级封装器件的可靠性" [2 K0 x) G9 l0 B# Y! F
晶片级封装(倒装芯片和 UCSP)代表一种独特的封装外形，它和利用传统的机械可靠性测试的封装产品有所不同。封装的可靠性主要和用户的装配方法、电路板材料以及使用环境有关。用户在考虑使用 WLP 型号时应认真考虑这些问题。必须进行工作寿命测试和抗潮湿性能测试，这些性能主要由晶片制造工艺决定。
机械压力性能对 WLP 而言是较大的问题，倒装芯片和 UCSP 直接焊接后，与用户的 PCB 连接，从而缓解了封装产品铅结构的内部压力。因此，必须考虑焊接触点的完整性。Dallas Semiconductor 的晶片级封装装配指南 14 提供电路板布板考虑、装配工艺流程、焊接层丝网印刷、元件布局、回流焊温度曲线要求、环氧封装以及视觉检测标准等方面的详细信息。应用笔记 189115 给出了 Maxim 测试计划及测试数据的详细信息。通过器件快速浏览中的“技术文档”标签页可以获取可靠性相关的信息。如果没有找到倒装芯片、UCSP 或 WLP 等封装版本的信息，请通过支持中心申请相关报告。
结论
' V6 Z4 V1 p: @- [目前的倒装芯片和 CSP 还是新技术，处于发展阶段。正在改进的措施将采用背面叠片覆层技术(BSL)，保护管芯的无源侧不受光和机械冲击的影响，提高激光标识在光照下的可读性。除了 BSL，还会有更小的管芯厚度，保持装配总高度不变。Maxim UCSP 尺寸(参见表 1)说明了 2007 年 2 月产品的封装状况。依照业界一般的发展趋势，这些尺寸有可能进一步减小。因此，设计人员在完成电路板布板之前，应该从各自的封装外形上确定设计的封装尺寸，这一点非常关键。此外，了解焊球管芯 WLP 合金的组成也很重要，特别是器件没有声明或标记为无铅产品时。带有高铅焊球(Pb95Sn5)的某些器件通过了无铅电路板装配回流焊工艺测试，不会显著影响其可靠性 16, 17。采用共晶 SnPb 焊球的器件需要同类共晶 SnPb 焊接面，因此，不能用于无铅装配环境。
/ k% F- u8 R O! h3 z- C- m$ l, |9 c9 r
) b5 Z# s- M5 V5 n. I" \+ ]9 O, J7 F) H
: x; ]( N; O2 T+ {! z+ f( l
/1 
发表于 2021-4-20 10:59
收藏
淘帖
支持！
反对！