1?引言

半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步大大提高了芯片晶體管數(shù)量和功能,?這一集成規(guī)模在幾年前是無(wú)法想象的。因此,?如果沒(méi)有?IC?封裝技術(shù)快速的發(fā)展,?不可能實(shí)現(xiàn)便攜式電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。在消費(fèi)類產(chǎn)品小型化和更輕、更薄發(fā)展趨勢(shì)的推動(dòng)下,?制造商開(kāi)發(fā)出更小的封裝類型。最小的封裝當(dāng)然是芯片本身,?圖?1?描述了?IC?從晶片到單個(gè)芯片的實(shí)現(xiàn)過(guò)程,?圖?2?為一個(gè)實(shí)際的晶片級(jí)封裝?(CSP)?。

晶片級(jí)封裝的概念起源于?1990?年,?在?1998?年定義的?CSP?分類中,?晶片級(jí)?CSP?是多種應(yīng)用的一種低成本選擇,?這些應(yīng)用包括?EEPROM?等引腳數(shù)量較少的器件,?以及?ASIC?和微處理器。?CSP?采用晶片級(jí)封裝?(WLP)?工藝加工, WLP?的主要優(yōu)點(diǎn)是所有裝配和測(cè)試都在晶片上進(jìn)行。隨著晶片尺寸的增大、管芯的縮小, WLP?的成本不斷降低。作為最早采用該技術(shù)的公司, Dallas Semiconductor?在?1999?年便開(kāi)始銷售晶片級(jí)封裝產(chǎn)品。

2?命名規(guī)則

業(yè)界在?WLP?的命名上還存在分歧。?CSP?晶片級(jí)技術(shù)非常獨(dú)特,?封裝內(nèi)部并沒(méi)有采用鍵合方式。封裝芯片的命名也存在分歧。常用名稱有:?倒裝芯片?(STMicroelectronics?和?Dallas Semiconductor TM )?、CSP?、晶片級(jí)封裝、?WLCSP?、?WL- CSP?、?MicroSMD(Na-tional Semiconductor)?、?UCSP (Maxim?Integrated Prod-ucts)?、凸起管芯以及?MicroCSP(Analog?Devices)?等。

對(duì)于?Maxim/Dallas Semiconductor ,?“倒裝芯片”和“晶片級(jí)封裝”,?最初是所有晶片級(jí)封裝的同義詞。過(guò)去幾年中,?封裝也有了進(jìn)一步地細(xì)分。在本文以及所有?Maxim?資料中,?包括公司網(wǎng)站,?“倒裝芯片”是指焊球具有任意形狀、可以放在任何位置的晶片級(jí)封裝管芯?(?邊沿有空隙?)?。?“晶片級(jí)封裝”是指在間隔規(guī)定好的柵格上有焊球的晶片級(jí)封裝管芯。圖?3?解釋了這些區(qū)別,?值得注意的是,?并不是所有柵格位置都要有焊球。圖?3?中的倒裝芯片尺寸反映了第一代?Dallas Semiconductor?的?WLP?產(chǎn)品;?晶片級(jí)封裝尺寸來(lái)自各個(gè)供應(yīng)商,?包括?Maxim?。目前, Maxim?和?Dallas Semiconductor推出的新型晶片級(jí)封裝產(chǎn)品的標(biāo)稱尺寸如表?1?所列。

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3?晶片級(jí)封裝?(WLP)?技術(shù)

提供?WLP?器件的供應(yīng)商要么擁有自己的?WLP生產(chǎn)線,?要么外包封裝工藝。各種各樣的生產(chǎn)工藝必須能夠滿足用戶的要求,?確保最終產(chǎn)品的可靠性。美國(guó)亞利桑那州鳳凰城的?FCI?、美國(guó)北卡羅萊納州的?Unitive?建立了?WLP?技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),?產(chǎn)品名為?UltraCSP (FCI)?和?Xtreme (Unitive)?。?Amkor?在并購(gòu)?Unitive后,?為全世界半導(dǎo)體行業(yè)提供?WLP?服務(wù)。

在電路?/?配線板上,?將芯片和走線連接在一起的焊球最初采用錫鉛共晶合金?(Sn63Pb37)?。為了減少電子產(chǎn)品中的有害物質(zhì)?(RoHS) ,?半導(dǎo)體行業(yè)不得不采用替代材料,?例如無(wú)鉛焊球?(Sn96.5Ag3Cu0.5)?或者高鉛焊球?(Pb95Sn5)?。每種合金都有其熔點(diǎn),?因此,?在元器件組裝回流焊工藝中,?溫度曲線比較特殊,?在特定溫度上需保持一段時(shí)間。

集成電路的目的在于提供系統(tǒng)所需的全部電子功能,?并能夠裝配到特定封裝中。芯片上的鍵合焊盤通過(guò)線鍵合連接至普通封裝的引腳上。普通封裝的設(shè)計(jì)原則要求鍵合焊盤位于芯片周界上。為避免同一芯片出現(xiàn)兩種設(shè)計(jì)?(?一種是普通封裝,另一種是?CSP) ,?需要重新分配層連接焊球和鍵合焊盤。

4?晶片級(jí)封裝器件的可靠性

晶片級(jí)封裝?(?倒裝芯片和?UCSP)?代表一種獨(dú)特的封裝外形,?不同于利用傳統(tǒng)的機(jī)械可靠性測(cè)試的封裝產(chǎn)品。封裝的可靠性主要與用戶的裝配方法、電路板材料以及其使用環(huán)境有關(guān)。用戶在考慮使用?WLP?型號(hào)之前,?應(yīng)認(rèn)真考慮這些問(wèn)題。首先必須進(jìn)行工作壽命測(cè)試和抗潮濕性能測(cè)試,?這些性能主要由晶片制造工藝決定。機(jī)械壓力性能對(duì)WLP?而言是比較大的問(wèn)題,?倒裝芯片和?UCSP?直接焊接后,?與用戶的?PCB?連接,?可以緩解封裝產(chǎn)品鉛結(jié)構(gòu)的內(nèi)部壓力。因此,?必須保證焊接觸點(diǎn)的完整性。

5?結(jié)束語(yǔ)

目前的倒裝芯片和?CSP?還屬于新技術(shù),?處于發(fā)展階段。正在研究改進(jìn)的措施是將采用背面疊片覆層技術(shù)?(BSL) ,?保護(hù)管芯的無(wú)源側(cè),?使其不受光和機(jī)械沖擊的影響,?同時(shí)提高激光標(biāo)識(shí)在光照下的可讀性。除了?BSL ,?還具有更小的管芯厚度,?保持裝配總高度不變。?Maxim UCSP?尺寸?(?參見(jiàn)表?1)?說(shuō)明了?2007年?2?月產(chǎn)品的封裝狀況。依照業(yè)界一般的發(fā)展趨勢(shì),?這些尺寸有可能進(jìn)一步減小。因此,?在完成電路布局之前,?應(yīng)該從各自的封裝外形上確定設(shè)計(jì)的封裝尺寸。

此外,?了解焊球管芯?WLP?合金的組成也很重要,?特別是器件沒(méi)有聲明或標(biāo)記為無(wú)鉛產(chǎn)品時(shí)。帶有高鉛焊球?(Pb95Sn5)?的某些器件通過(guò)了無(wú)鉛電路板裝配回流焊工藝測(cè)試,?不會(huì)顯著影響其可靠性。采用共晶?SnPb?焊球的器件需要同類共晶?SnPb?焊接面,?因此,?不能用于無(wú)鉛裝配環(huán)境。