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1?引言
半導體技術的進步大大提高了芯片晶體管數(shù)量和功能,?這一集成規(guī)模在幾年前是無法想象的。因此,?如果沒有?IC?封裝技術快速的發(fā)展,?不可能實現(xiàn)便攜式電子產品的設計。在消費類產品小型化和更輕、更薄發(fā)展趨勢的推動下,?制造商開發(fā)出更小的封裝類型。最小的封裝當然是芯片本身,?圖?1?描述了?IC?從晶片到單個芯片的實現(xiàn)過程,?圖?2?為一個實際的晶片級封裝?(CSP)?。
晶片級封裝的概念起源于?1990?年,?在?1998?年定義的?CSP?分類中,?晶片級?CSP?是多種應用的一種低成本選擇,?這些應用包括?EEPROM?等引腳數(shù)量較少的器件,?以及?ASIC?和微處理器。?CSP?采用晶片級封裝?(WLP)?工藝加工, WLP?的主要優(yōu)點是所有裝配和測試都在晶片上進行。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的公司, Dallas Semiconductor?在?1999?年便開始銷售晶片級封裝產品。
2?命名規(guī)則
業(yè)界在?WLP?的命名上還存在分歧。?CSP?晶片級技術非常獨特,?封裝內部并沒有采用鍵合方式。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。
對于?Maxim/Dallas Semiconductor ,?“倒裝芯片”和“晶片級封裝”,?最初是所有晶片級封裝的同義詞。過去幾年中,?封裝也有了進一步地細分。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封裝管芯?(?邊沿有空隙?)?。?“晶片級封裝”是指在間隔規(guī)定好的柵格上有焊球的晶片級封裝管芯。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?產品;?晶片級封裝尺寸來自各個供應商,?包括?Maxim?。目前, Maxim?和?Dallas Semiconductor推出的新型晶片級封裝產品的標稱尺寸如表?1?所列。
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3?晶片級封裝?(WLP)?技術
提供?WLP?器件的供應商要么擁有自己的?WLP生產線,?要么外包封裝工藝。各種各樣的生產工藝必須能夠滿足用戶的要求,?確保最終產品的可靠性。美國亞利桑那州鳳凰城的?FCI?、美國北卡羅萊納州的?Unitive?建立了?WLP?技術標準,?產品名為?UltraCSP (FCI)?和?Xtreme (Unitive)?。?Amkor?在并購?Unitive后,?為全世界半導體行業(yè)提供?WLP?服務。
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)?。為了減少電子產品中的有害物質?(RoHS) ,?半導體行業(yè)不得不采用替代材料,?例如無鉛焊球?(Sn96.5Ag3Cu0.5)?或者高鉛焊球?(Pb95Sn5)?。每種合金都有其熔點,?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線鍵合連接至普通封裝的引腳上。普通封裝的設計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)兩種設計?(?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?晶片級封裝器件的可靠性
晶片級封裝?(?倒裝芯片和?UCSP)?代表一種獨特的封裝外形,?不同于利用傳統(tǒng)的機械可靠性測試的封裝產品。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。用戶在考慮使用?WLP?型號之前,?應認真考慮這些問題。首先必須進行工作壽命測試和抗潮濕性能測試,?這些性能主要由晶片制造工藝決定。機械壓力性能對WLP?而言是比較大的問題,?倒裝芯片和?UCSP?直接焊接后,?與用戶的?PCB?連接,?可以緩解封裝產品鉛結構的內部壓力。因此,?必須保證焊接觸點的完整性。
5?結束語
目前的倒裝芯片和?CSP?還屬于新技術,?處于發(fā)展階段。正在研究改進的措施是將采用背面疊片覆層技術?(BSL) ,?保護管芯的無源側,?使其不受光和機械沖擊的影響,?同時提高激光標識在光照下的可讀性。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?(?參見表?1)?說明了?2007年?2?月產品的封裝狀況。依照業(yè)界一般的發(fā)展趨勢,?這些尺寸有可能進一步減小。因此,?在完成電路布局之前,?應該從各自的封裝外形上確定設計的封裝尺寸。
此外,?了解焊球管芯?WLP?合金的組成也很重要,?特別是器件沒有聲明或標記為無鉛產品時。帶有高鉛焊球?(Pb95Sn5)?的某些器件通過了無鉛電路板裝配回流焊工藝測試,?不會顯著影響其可靠性。采用共晶?SnPb?焊球的器件需要同類共晶?SnPb?焊接面,?因此,?不能用于無鉛裝配環(huán)境。
