微型SMD晶圓級CSP封裝
發(fā)布時間:2007/8/24 0:00:00 訪問次數(shù):599
這種微型SMD是標(biāo)準(zhǔn)的薄型產(chǎn)品,圖1所示為典型的微型SMD。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)。
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。
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,如圖2所示。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. 表2所示為推薦采用的模版孔徑。
3. 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。
4. 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,以及帶圖像重迭功能的元件拾放機(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。按前面所述的裝配條件進(jìn)行的測試結(jié)果如圖3、圖4所示。
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
這種微型SMD是標(biāo)準(zhǔn)的薄型產(chǎn)品,圖1所示為典型的微型SMD。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)。
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。
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,如圖2所示。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. 表2所示為推薦采用的模版孔徑。
3. 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。
4. 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,以及帶圖像重迭功能的元件拾放機(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。按前面所述的裝配條件進(jìn)行的測試結(jié)果如圖3、圖4所示。
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
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