| 微型SMD晶圆级CSP封装 |
| 类别:电子综合 |
|                    这种微型SMD是标准的薄型产品,图1所示为典型的微型SMD。在SMD芯片的一面带有焊接凸起(solder bump)。微型SMD生产工艺步骤包括标准晶圆制造、晶圆再钝化、I/O焊盘上共熔焊接凸起的沉积、背磨(仅用于薄型产品)、保护性封装涂敷、用晶圆选择平台进行测试、激光标记,以及包装成带和卷形式,最后采用标准的表面贴装技术(SMT)装配在PCB上。 微型SMD是一种晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP),它有如下特点:      1. 封装尺寸与裸片尺寸大小一致;      2. 最小的I/O管脚;      3. 无需底部填充材料;      4. 连线间距为0.5mm;      5. 在芯片与PCB间无需转接板(interposer)。 面贴装注意事项 a. 微型SMD表面贴装操作包括:      1. 在PCB上印刷焊剂;      2. 采用标准拾放工具进行元件放置;      3. 焊接凸起的回流焊及清洁(视焊剂类型而定)。 b. 微型SMD的表面贴装优点包括:      1. 采用标准带和卷封装形式付运,方便操作(符合EIA-481-1规范);      2. 可使用标准的SMT拾放工具;      3. 标准的回流焊工艺。 PCB布局 表面贴装封装有非焊接屏蔽界定(NSMD)和焊点屏蔽界定(SMD)两种,如图2所示。与SMD方式相比,NSMD方式可严格控制铜蚀刻工艺并减少PCB上的应力集中点,因此应首选这种方式。 为了达到更高的离地高度,建议使用厚度低于30微米的覆铜层。30微米或以上厚度的覆铜层会降低有效离地高度,从而影响焊接的可靠性。此外,NSMD焊盘与接地焊盘之间的连线宽度不应超过焊盘直径的三分之二。建议使用表1列出的焊盘尺寸: 采用焊盘内过孔结构(微型过孔)的PCB布局应遵守NSMD焊盘界定,以保证铜焊盘上有足够的润焊区从而增强焊接效果。 考虑到内部结构性能,可使用有机可焊性保护(OSP)涂层电路板处理方法,可以采用铜OSP和镍-金镀层:      1. 如果采用镀镍-金法(电镀镍,沉积金),厚度不应超过0.5微米,以免焊接头脆变;      2. 由于焊剂具有表面张力,为了防止部件转动,印制线应在X和Y方向上对称;      3. 建议不使用热空气焊剂涂匀(HASL)电路板处理方法。 丝网印刷工艺 1. 模版在经过电镀抛光后接着进行激光切割。      2. 表2所示为推荐采用的模版孔径。      3. 当焊接凸起不足10个而且焊接凸起尺寸较小时,应尽量将孔隙偏移远离焊盘,以尽量减少桥接问题。当焊接凸起数超过10或者焊接凸起较大时则无需偏移。      4. 采用3类(粒子尺寸为25-45微米)或精密焊剂印刷。 元件放置 微型SMD的放置可使用标准拾放工具,并可采用下列方法进行识别或定位:      1. 可定位封装的视觉系统。      2. 可定位单个焊接凸起的视觉系统,这种系统的速度较慢而且费用很高。 微型SMD放置的其它特征包括:      1. 为了提高放置精度,最好采用IC放置/精密间距的放置机器,而不是射片机(chip-shooter)。      2. 由于微型SMD焊接凸起具有自我对中(selfcentering)特性,当放置偏移时会自行校正。      3. 尽管微型SMD可承受高达1kg的放置力长达0.5秒,但放置时应不加力或力量尽量小。建议将焊接凸起置于PCB上的焊剂中,并深入焊剂高度的20%以上。回流焊和清洁 1. 微型SMD可使用业界标准的回流焊工艺。      2. 建议在回流焊中使用氮气进行清洁。      3. 按J-STD-020标准,微型SMD可承受多达三次回流焊操作(最高温度为235℃),符合。      4. 微型SMD可承受最高260℃、时间长达30秒的回流焊温度,。 焊接返工 产生微型SMD返工的关键因素有如下几点:      1. 返工过程与多数BGA和CSP封装的返工过程相同。      2. 返工回流焊的各项参数应与装配时回流焊的原始参数完全一致。3. 返工系统应包括具有成型能力的局部对流加热器、底部预加热器,以及带图像重迭功能的元件拾放机。 质量检测 以下是微型SMD安装在FR-4 PCB上时的焊接点可靠性检查,以及机械测试结果。测试包括使用菊花链元件。产品可靠性数据在产品的每项质检报告中分别列出。 焊接可靠性质检 1. 温度循环:应遵循IPC-SM-785 《表面贴装焊接件的加速可靠性测试指南》进行测试。按前面所述的装配条件进行的测试结果如图3、图4所示。 2. 封装剪切:作为生产工艺的一部分,应在封装时收集焊接凸起的剪切数据,以确保焊球(solder ball)与封装紧密结合。对于直径为0.17mm的焊接凸起,所记录的每焊接凸起平均封装剪切力约为100gm。对于直径为0.3mm的焊接凸起,每个焊接凸起的封装剪切力大于200gm。所用的材料和表面贴装方法不同,所测得的封装剪切数值也会不同。 3. 拉伸测试: 将一个螺钉固定在元件背面,将装配好的8焊接凸起微型SMD部件垂直上拉,直到将元件拉离电路板为止。对于直径为0.17mm的焊接凸起来说,所记录的平均拉升力为每焊接凸起80gm。 4. 下落测试:下落测试的对象是安装在1.5mm厚PCB上具有8个焊接凸起的微型SMD封装,焊接凸起直径为0.17mm。在第一边下落7次,第二边下落7次,拐角下落8次,水平下落8次,总共30次。如果测试结果菊花链回路中的阻抗增加10%以上,则视为不能通过测试。 5. 三点折弯测试:用宽度为100mm的测试板进行三点弯曲测试,以9.45 mm/min的力对中点进行扭转。测试结果表明,即使将扭转力增加到25mm也无焊接凸起出现损坏。 热特性 按照IA/JESD51-3规定,采用低效热传导测试板来评估微型SMD封装的热特性。SMD产品的性能视产品裸片尺寸和应用(PCB布局及设计)而定,详细的Theta JA值可从http://www.national.com上的产品数据表中得知。 (转自 电子工程专辑 国家半导体公司供稿 )                |
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