芯片级封装有助于便携式医疗设备减小尺寸并减轻重量 (芯片封装难吗)

{本文由家电维修技术小编收集整理资料}借助晶圆级芯片级封装，介入性检测、医学植入体、一次性监护仪等便携式医疗设备的设计师可以减小尺寸、降低功耗需求。在医疗设备设计领域，一个重要趋势是提高这些设备的便携性，使其走近病人，进入诊所或病人家中。这涉及到设计的方方面面，尤其是尺寸和功耗。晶圆级芯片级封装(WLCSP)的运用对减小这些设备电子组件的尺寸起到了极大的助推作用。此类新型应用包括介入性检测、医学植入体和一次性便携式监护仪。但是为了最大限度地发挥出WLCSP封装在性能和可靠性方面的潜力，设计师必须在印刷电路板(PCB)焊盘图形、焊盘表面和电路板厚度的设计方面贯彻最佳实践做法。晶圆级芯片级封装是倒装芯片互联技术的一个变体(图1)。在WLCSP中，芯片活性面采用反转式设计，通过焊球连接至PCB。一般地，这些焊球的尺寸足够大(0.5mm间距，回流前为μm，0.4mm间距，回流前为um)，无需倒装互联技术所需要的底部填充。该互联技术有多个优势。

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图1.WLCSP封装首先，由于消除了第一级封装(塑封材料、引脚架构或有机基板)，因而可以节省大幅空间。例如，一个8引脚WLCSP所占电路板面积仅相当于一个8引脚SOIC的8%。其次，由于消除了标准塑封中使用的线焊和引脚，因而可以减小电感，提高电气性能。另外，由于消除了引脚架构和塑封材料，因而可以减轻重量，降低封装厚度。无需底部填充，因为可以使用标准表贴(SMT)组装设备。最后，低质芯片在焊锡固化期间具有自动对齐特性，有利于提高装配成品率。封装结构WLCSP在结构上可分为两类：直接凸点和再分配层(RDL)。直接凸点WLCSP包括一个可选的有机层(聚酰亚胺)，充当芯片活性面的应力缓冲层。聚酰亚胺覆盖着芯片上除焊盘周围开口之外的所有区域。该开口上喷涂有或镀有一层凸点下金属(UBM)。UBM由不同的金属层叠加而成，充当扩散层、阻挡层、浸润层和抗氧化层。将焊球滴落(这是其称为落球的原因)在UBM上，并经回流形成*凸点(图2)。

图2.直接凸点WLCSP运用RDL技术，可以把针对线焊设计的芯片(焊盘沿外围排列)转换成WLCSP。与直接凸点不同，这类WLCSP采用了两个聚酰亚胺层。第一个聚酰亚胺层沉淀在芯片上，使焊盘保持*。然后喷涂或镀上一层RDL，把外围阵列转换成面积阵列。然后，构造工艺与直接凸点相同，包括第二层聚酰亚胺、UBM和落球(图3)。

图3.再分配层(RDL)WLCSP落球后则是晶圆背面研磨、激光打标、测试、分离及卷带和卷盘。在背面研磨工序之后，还可选择施用背面层压板，以减少切割时造成的芯片脱离问题，简化封装处理工作。最佳PCB设计实践电路板设计的关键参数为焊盘开口、焊盘类型、焊盘表面和电路板厚度。基于IPC标准，焊盘开口等于UBM开口。对于0.5mm间距WLCSP，典型焊盘开口为μm，0.4mm间距WLCSP为μm(图4)。芯片级封装有助于便携式医疗设备减小尺寸并减轻重量 (芯片封装难吗)

图4.焊盘开口阻焊层开口为μm与焊盘开口之和。走线宽度应小于焊盘开口的三分之二。增加走线宽度可以减少*凸点的支柱高度。因此，维持正确的走线宽度比对于确保焊点可靠性也很重要。对于电路板制造来说，表贴装配使用两类焊盘图形(图5)：非阻焊层限定(NSMD)：PCB上的金属焊盘(I/O装在其上)小于阻焊层开口。阻焊层限定(SMD)：阻焊层开口小于金属焊盘。

图5.焊盘类型由于铜蚀刻工艺比阻焊开口工艺有着更加严格的控制，因此NSMD比SMD更常用。NSMD焊盘上的阻焊开口比铜焊盘大，使焊锡可以依附于铜焊盘四周，从而提高焊点的可靠性。金属焊盘上的表层对装配成品率和可靠性都有着深刻的影响。采用的典型金属焊盘表面处理工艺为有机表面防腐(OSP)和无电镀镍浸金(ENIG)两种。金属焊盘上OSP表层的厚度为0.2μm至0.5μm。该表层会在回流焊工序中蒸发，焊料与金属焊盘之间会发生界面反应。ENIG表层由5μm的无电镀镍和0.μm至0.μm的金构成。在回流焊过程中，金层快速溶解，然后，镍和焊料之间会发生反应。非常重要的是，要使金层的厚度保持在0.μm以下，以防形成脆性金属间化合物。标准的电路板厚度范围在0.4mm至2.3mm之间。选择的厚度取决于已填充*组件的鲁棒性。较薄的电路板会导致*接头在热负载条件下的剪切应力范围、爬电剪切应变范围和爬电应变能量密度范围变小。因此，较薄的积层电路板会延长*接头的热疲劳寿命。测试和评估结合前述变量，WLCSP的可靠性通过对器件进行加速压力测试来评估，此类测试包括高温存储(HTS)、高加速压力测试(HAST)、高压锅测试、温度循环、高温工作寿命测试(HTOL)和无偏高加速压力测试(UHAST)。除了热机械诱导性压力测试以外，还要进行*、弯曲等机械测试。HTS测试旨在确定在不施加任何电应力的情况下，高温条件下长期存储对器件的影响。该测试评估器件在高温条件下的长期可靠性。典型测试条件为在°C和/或°C下持续小时。实施测试时要把器件暴露在指定环境温度之下，并持续指定的时长。推荐阅读：Xilinx助力百度Apollo自动驾驶计算平台ACU量产下线可提高碳化硅MOSFET可靠性的东芝新器件结构问世门极驱动器方案–––即插即用快速评估和测试ADI与英特尔携手开发应对5G网络设计挑战的监听电平台电动汽车空调的一项关键技术——IGBT要采购焊盘么，点这里了解一下*!上一篇：Xilinx助力百度Apollo自动驾驶计算平台ACU量产下线下一篇：不加组件也不涨尺寸，教你如何改善你的*充电器！特别推荐MP：电表PMIC界新来的“五好学生”氮化镓器件在D类音频功放中的应用及优势如何通过使用外部电路扩展低边电流检测并提高DRV的检测精度SiCMOSFET的设计挑战——如何平衡性能与可靠性集成式光学*如何满足床旁检测仪器的未来需求技术文章更多>>“解剖”便携式医疗设备，看看里面都有啥？如何满足各种环境下汽车USB充电端口要求？电感饱和与开关电源之间的密切关系，这篇文章讲透了！（下）使用UWB技术的卓越汽车中科融合刘欣：从MEMS微振镜芯片入手，全栈式解决3D机器视觉挑战

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