Maxim晶片级封装安装指南
晶片级封装(WL-CSP)基础
晶片级封装(WL-CSP)基础本文详细讨论了Maxim的晶片级封装(WL-CSP)，其中包括：晶圆架构、卷带包装、PCB布局、安装及回流焊等问题。
本文还按照IPC和JEDEC标准提供了可靠性测试数据。
注：最终用户及安装人员应该负责提供其行业标准要求设计和装配文件，行业标准文件包括(但不限于)以下内容：概述晶片级(WL)芯片封装(CSP)是一种可以使集成电路(IC)面向下贴装到印刷电路板(PCB)上的CSP 封装技术，采用传统的SMT安装工艺。
芯片焊盘通过独立的焊球直接焊接到PCB焊盘，不需要任何填充材料(图1)。
WL-CSP技术与球栅阵列、引线型和基于层压成型的CSP封装技术不同，它没有绑定线或引出线。
图1. 4 x 4 WL-CSP照片，减少了两个球栅阵列的位置，电路侧视图WL-CSP封装技术最根本的优点是IC到PCB之间的电感很小，第二个优点是缩小了封装尺寸并缩短了生产周期，提高了热传导性能。
WL-CSP结构Maxim的WL-CSP球栅阵列是在硅晶片衬底上建立的封装内部互连结构。
在晶片表面附上一层电介质重复钝化的聚合物薄膜。
这层薄膜减轻了焊球连接处的机械压力并在管芯表面提供电气隔离。
在聚合物薄膜内采用成相技术制作过孔，通过它实现与IC绑定盘的电气连接。
WL-CSP焊球阵列是基于具有均匀栅距的矩形栅格排列。
WL-CSP球阵列可以包含任意行(2至6)和任意列(2至6)数。
焊球材料由顶标中A1位置的标示符表示(见图2中的顶标A1)。
A1为光刻的双同心圆时，表示焊膏采用的是低熔点的SnPb；对于无铅焊膏，A1处采用加号表示。
所有无铅WL-CSP产品底部的晶片迭层采用标准的聚合物薄膜保护层，该聚合物材料为硅片底部提供机械接触和UV光照保护。
WL-CSP球栅阵列设计和尺寸Maxim的WL-CSP 0.5mm间隔的球栅阵列封装通常设计为2 x 2至6 x 6焊球矩阵(图2)，详细的WL-CSP尺寸图可从网站下载：Maxim封装图。
MAXIM DS2502 1k位只添加存储器 说明书
DS25021k位只添加存储器特性引脚排列1024位电可编程只读存储器（EPROM），采用更为经济的单根信号线加地线的接口方式工厂激光刻度的、唯一经过测试的64位注册码（8位家族码 + 48位序列码 + 8位CRC校验码），确保准确跟踪每个器件，因为每个器件的注册码不可能相同内置多点控制器，保证兼容于其它MicroLAN产品EPROM划分为四个256位页面，用于随机存贮数据包为防止数据丢失，每个存储页均可进行永久性的写保护该芯片具有“只添加”存储功能，当在EPROM内存储其他数据时，也不会破坏已有数据结构设计上允许软件来对一个旧存贮页进行修补数据，而不需要新打开一个可编程页将控制线、地址线、数据线、电源和可编程信号线减少至一条线直接与微处理器的一个口线连接、通信速率可达16.3kbps8位家族码通知读写器按照DS2502要求进行通信当读写器首次上电时进行在线检测应答低成本TO-92或8引脚SO、SOT-23 (3引脚)、 TSOC表面贴封装和倒装片在-40°C至+85°C温度范围内，读取数据电压范围为2.8V至6.0V；在-40°C至 +50°C温度范围内，编程电压为11.5V至 12.0V范围NCNCNCNCDATA NCGNDNC注：卷带中TO-92封装的引脚间隔近似为100mil(2.54mm)，详细信息请参考56-G0006-003图。
GNDDATA8-PIN SO (150 MIL)GND NCNCDATANC NCTOP VIEWNCSOT-23 PackageTop View1 2309rrBOTTOM VIEW 1 = DATA; 2, 3 = GND“rr” = RevisionDS2502定购信息型号无铅封装说明DS2502 DS2502+ TO-92封装DS2502/T&R DS2502+T&R TO-92封装，2k卷带包装DS2502R/T&R DS2502R+T&R 3引脚SOT-23封装, 3k卷带包装DS2502P DS2502P+ 6引脚TSOC封装DS2502P/T&R DS2502P+T&R TSOC表面贴封装, 4k卷带包装DS2502S DS2502S+ 8引脚SOIC封装DS2502S/T&R DS2502S+T&R 8引脚SOIC封装, 2.5k卷带包装DS2502X1 晶片级封装, 10k卷带包装+表示无铅封装。
芯片的组装流程说明文档
芯片的组装流程说明文档一．选择需要的DIE（WAFER拿来以后按照DESIGNER 的需求选择相应的DIE）工具：镊子、显微镜、空的W AFER盒(盛选取的DIE)1.将整片的W AFER拿到显微镜下，调整显微镜看，以便进行操作。
2.拿来整片的W AFER放在显微镜下找到指定区域的DIE，然后用镊子选所需要的DIE依次取下，放入已准备好的空W AFER盒中即可。
注意：1.在取DIE时，应用镊子尖端轻轻扎入DIE的下方慢慢向上撬，直到目标DIE自然脱落，然后轻轻夹取DIE的两侧放入空的WAFER盒中。
若不好下镊子可将周围的一两颗不需要的DIE去掉。
2.用镊子夹DIE时应轻拿轻放，切勿损坏DIE的表面，影响DIE的性能。
3.取下DIE以后不要长时间让DIE暴露在外面，应及时把W AFER盒盖上，放到指定区域。
二．CONNECTOR的焊接工具：PCB板子、CONNECTOR（电子连接器）、电烙铁、焊锡、热风枪、万用表1．首先把CONNECTOR中间的引脚剪短（注:越短越好）。
2．将电烙铁总开关打开，再打开电烙铁的分开关，待到一定温度时用焊锡试下温度看其是否融化。
3．将CONNECTOR放置在PCB板上指定位置处进行焊接（注：中间引脚焊接时焊锡越短越好，确保信号良好）。
4．三个CONNECTOR焊接完毕以后，若需修改，打开热风枪电源分开关，用其加热，用镊子移动的正确位置即可。
5．焊接完毕后，用万用表对其进行测试。
（注意：1.电烙铁在不用的时候要关掉其开关，以免烫伤人身体或造成火灾2.电烙铁加热桌上禁止放纸张或易燃品）三．LAMINATE的安装工具：显微镜、镊子、加热台、点胶机1.把LAMINATE从相应的柜中拿出，不同的产品用不同的LAMINATE，集体根据DESIGNER的要求进行选择。
2.从点胶机的针管中取适量焊锡涂在PCB板装置LAMINATE的位置处。
3.用镊子将LAMINATE放在涂好锡的PCB板上，对准位置轻轻放下，切勿放下后大幅度移动看，以防造成短路。
Maxim命名规则(最新整理)
Maxim产品命名规则第二货源型号命名我们提供的第二货源产品采用特定型号最流行的编号，而不是我们自己的命名规则。
其中包括原有的产品等级、温度范围、封装类型和引脚数编号。
对于第二货源，Maxim经常提供其他厂商不能提供的封装类型和温度范围，这些器件的型号通常采用原来的编码。
自主产品的命名规则绝大多数Maxim产品采用公司专有的命名系统，包括基础型号和后续的3个或4个字母尾缀，有时还带有其它标识符号。
例如:(A)是基础型号基本型号(也称为基础型号)用于区分不同的产品类型，与封装、温度及其它参量无关。
精度等级等参量通常用型号尾缀表示，有些情况下会为不同参量的器件分配一个新的基本型号。
(B)是3字母或4字母尾缀器件具有4个尾缀字母时，第一个尾标代表产品的等级(精度、电压规格、速率等)。
例如：MAX631ACPA中，第一个尾标"A"表示5%的输出精度。
产品数据资料中给出了型号对应的等级。
其余三个字符是3字母尾缀，分别表示温度范围、封装类型和引脚数。
具体含义如下表所示：例如：MAX696CWEC = 工作温度范围为C级(0°C至+70°C)W = 封装类型：W (SOIC 0.300")E = 引脚数，标号为E (这种封装类型为16引脚)请注意：不同的产品类型尾缀代码可能不一致，详细信息或规格说明请参考数据资料。
(C)其它尾缀字符在3字母或4字母尾缀的后面可能还会出现其它字符，这些字符可能单独出现，也可能与型号组合在一起。
用于军用产品和航空电子的器件型号SMD (标准微电路封装图)∙5962-xxx∙7705xxx∙8100xxx∙8551xxx符合军标要求∙xxx/883B高可靠性∙xxx/HR高强度塑料∙xxx/PR or xxx/PR+∙xxx/PR2∙xxx/PR3定制军用产品∙xxx/GG8∙xxx/GH9∙xxx/G0F (That's G zero F)∙xxx-TG1K供应商项目图∙V62/xxx其中，"xxx"为任意字母的组合。
ucsp - 晶片级封装
UCSP - 晶片级封装概述晶片级封装(WLCSP)是一种可以使集成电路（IC）面向下贴装到印刷电路板上的CSP封装技术，芯片的焊点通过独立的锡球焊接到PC板的焊盘上，不需要任何填充材料（图1）。
这种技术与球栅阵列、引线型和基于层压板的CSP封装技术的不同之处在于它没有联结线或内插连接。
WLCSP封装技术最根本的优点是IC到PC板之间的电感很小，第二个优点是缩小了封装尺寸和生产周期并提高了热传导性能。
Maxim 的WLCSP技术商标为UCSP。
图1. 4x4 UCSP照片，底部视图UCSP结构Maxim的UCSP结构是在硅晶片衬底上建立的。
在晶片的表面附上一层BCB(Benzocyclobutene, 苯并环丁烯)树脂薄膜。
这层薄膜减轻了锡球连接处的机械压力并在裸片（die）表面提供电气隔离。
在BCB膜上使用照相的方法制作过孔，通过它实现与IC联结基盘的电气连接。
过孔上面还要加上一层UBM（球下金属）层。
一般情况下，还要再加上第二层BCB作为阻焊层以确定回流锡球的直径和位置。
标准的锡球材料是共晶锡铅合金，即63%的Sn和/37%的Pb。
UCSP结构的截面图如图2所示。
图2. 典型的UCSP截面图UCSP锡球阵列是基于具有统一栅距的长方形栅格排列的。
UCSP球阵列可能包含满足6 > ND > 2和6 > NE > 2的任意行数（ND）和列数（NE）。
基本的UCSP结构请参见表1，表2是其典型的尺寸，图3标示出了表2中引用的机械结构符号。
也可以减少使用锡球的数量，有许多种球阵列规格并未在表1中列出。
表1. UCSP 结构注释：一些特定器件的球阵列设计需要的锡球数目可能比较少。
具体的UCSP制图方法可以在Maxim的封装概况目录中得到：/cgi-bin/packages.表2. 典型的UCSP尺寸Ball Diameter b注释：一些特定器件的球阵列设计需要的锡球数目可能比较少。
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应用笔记3377Maxim晶片级封装安装指南Jan 04, 2005摘要：晶片级封装(WLP)允许集成电路(IC)面向下安装在印刷电路板(PCB)上，芯片的焊盘通过单独的焊点与PCB连接。
本文讨论了晶片级封装技术及其优势，描述了Maxim WLP的PCB布局和安装流程。
晶片级封装(WLP)用单独的焊点将集成电路(IC)与印刷电路板(PCB)连接在一起。
IC面朝下安装，这种技术不需要任何绑定线或引线，有别于其他球珊阵列、引脚封装和压层CSP封装技术，是IC与PCB之间电感最小的封装形式，这也是它最主要的优点。
另外，这种封装大大缩小了封装尺寸，缩短了制造周期，并增强了热传导特性。
本文描述了Maxim WLP的PCB布局和安装流程，注意，这里给出的只是基本的PCB布板设计和安装指南，并不保证用户最终产品的可靠性，用户还需要对其最终产品的使用寿命和可靠性进行验证。
封装结构Maxim封装图WLP焊点的相互连接是在硅晶片的基板上构建起来的，晶片电路的表面覆盖了一层BCB (Benzocyclobutene)树脂薄膜，这层薄膜可以减缓凸点的机械应力，并为裸片表层提供电气隔离。
过孔成像在BCB膜上，与IC绑定焊盘提供电气连接。
UBM层(焊点下的金属化层)覆盖在过孔上方，BCB层的另一个作用是焊料掩膜，定义回流焊球的直径和位置。
目前封装I/O的设计包含2至55个可焊接点，如图1所示。
标准的焊点合金是易于溶解的Sn63Pb37、“高铅含量”Pb95Sn5和“无铅”Sn96.5Ag3Cu0.5，单个WLP焊点的结构如图2所示，元件背面是裸露的硅片，带有一个光刻的引脚1标记和标示码。
双金属层分区工艺(RDL)允许从外围绑定盘移至其他凸点矩阵模板。
图1. 通用的2焊点CSP、55焊点倒装芯片、4 x 4 UCSP™图2. 通用WLP结构图WLP载带WLP采用卷带(T&R)形式包装，卷带规格符合EIA-481和EIA-746&747标准。
图3给出了典型的卷带结构，所有Maxim的倒装芯片和CSP器件采用浮凸载带包装，带有压封胶粘(PSA)封带，卷轴为7英寸或13英寸。
也可以根据用户需求提供Surftape®或Surftape-Lite®卷带及其他尺寸的卷轴。
图3. 典型WLP载带结构焊球在卷带内面朝下放置，卷带的每个包装内引脚1的位置保持一致。
封带的总剥离强度在0.1N至1.0N (10gf至102gf标定刻度)。
PCB布局PCB设计需要符合IPC-A-600和IPC-6012A标准，标准的FR4 (Tg = 120°C至150°C)覆铜层压板可能适用于峰值温度达240°C的全部回流焊流程；对于峰值温度在240°C至270°C范围的回流焊工艺，建议使用高性能FR4或BT层压板(Tg = 170°C值185°C)。
对于Maxim的焊点合金材料，无电镀镍浸金(ENIG)是PCB铜基板焊盘表面抛光的首选电镀处理方法(在最小100微英寸/最大300微英寸厚度的Ni上覆盖最小3微英寸/最大20微英寸厚度的Au)，铜焊盘上也可以使用有机表面保护(OSP)层。
对于所有球栅阵列封装的焊点，非焊锡掩膜法(NSMD)焊盘优于焊锡掩膜法(SMD)焊盘。
焊盘之间建议使用焊盘掩膜法，利用焊盘掩膜设计清空0.002"至0.003"的焊盘边缘。
采用层叠焊点回流(易溶的Sn-Pb和无铅)处理时，焊盘尺寸通常比最大焊点直径小20至25%，保证焊接深度达到最大元件焊点高度。
采用非层叠焊点回流(高铅含量)处理时，焊盘尺寸通常比最大焊点孔径大0.002"至0.004"，对于焊点沉浸度和可接受度可以利用X射线检查。
对于“高铅含量”焊盘设计的唯一例外是Maxim的2焊点CSP封装(图1)，对于这种封装形式，建议使用1:1最大焊点孔径的焊盘，以防止回流焊时由于管芯的倾斜造成焊点的连接。
基板模板可以是圆形的或方形的，焊盘和连线应该对称排列，以避免回流焊中产生偏离中心的拉力。
为防止虚焊，每个NSMD焊盘应该由一条线连接，引线宽度不要超出所连接的NSMD焊盘孔径的1/2。
应谨慎选择WLP元件在PCB上的位置，如果相邻元件具有较高的封装外形，则会遮蔽WLP封装，避免潜在的错误连接。
PCB安装流程焊膏印刷工艺焊膏印刷是与PCB装配产出率相关的最重要的工艺。
必须检查焊膏厚度、焊盘覆盖百分比和与焊盘的对准精度。
∙选择焊膏：应使用第3类(锡球尺寸为25至45微米)或第四类(20至38微米)的锡膏，选择哪一类取决于模板开孔的尺寸。
建议使用低卤化物含量(< 100ppm)和免清洗的、J-STD-004指定的ROL0/REL0树脂助焊剂，可以省去回流装配后的清洗工作。
∙制作模板：使用激光切割不锈钢箔片加电抛光技术或镍金属电铸成形的制作工艺。
镍电铸成形工艺虽然比较昂贵，但是对于从超小的开孔进行焊膏沉积的过程最具可重复性。
这种方法还有一个优点，可以形成任何用户所需要的厚度。
具有梯形截面的模板开口有助于焊膏的释放。
∙焊锡模板开口设计：对于激光切割SS使用纵横比为≥ 0.75的孔径；对于镍金属电铸成形，使用纵横比为≥ 0.66的孔径，方圆形(25微米角径)开口有助于焊膏沉积的重复性。
孔径纵横比定义为孔径开口面积除以孔径边缘的面积。
也可以使用偏离基板焊盘的X、Y坐标轴，使每个焊点的粘贴沉积度最强，焊点之间的影响最小，如图4、图5所示。
∙焊锡模板的厚度：焊锡模板的厚度应该不超过焊点的高度，必须达到实际孔径设计所对应的纵横比的要求。
在采用混合技术的PCB装配中，如果这些模板要求与其他SMT元件的要求相冲突，可以使用符合IPC-7525设计标准的低一级的模板工艺或双印刷模板工艺。
图4. 2 x 2 UCSP孔径焊点的模板设计范例图5. DS2761X倒装芯片孔径焊点的模板设计范例元件的放置Maxim的所有WLP硅片均采用真空吸头从载带包装中取出，并贴放到PCB上，这一过程使用标准的自动精确定位IC拾取/贴放机完成，在4σ下的贴放精度≤ 0.050mm。
拾取/贴放系统需要一个固定的卷带送料器。
使用机械中心定位方案的系统是不可取的，因为它极有可能损坏硅封装。
∙拾取/贴放系统的贴放精度依赖于它使用的是封装外形中心与球栅阵列中心的视觉定位技术。
排列精度要求较低时，封装外形中心对准可以用于高速贴放；球栅阵列中心排列能够在贴放速率较低时实现最大的对准精度。
封装外形对准与球栅阵列对准的中心位置座标X、Y最大可相差±0.035mm。
∙焊点贴放位置与PCB焊盘中心的最大允许偏移在X、Y方向均为±0.100mm，这样可以保证回流过程的沉浸力使焊点自动对准中心。
∙所有硅裸片封装的接触力应该控制在≤ 2牛顿(204gf)以内。
精确的分布力度应该周期性地利用经过校准的测压表进行测试。
∙需要使用2D X射线测量并验证贴放精度。
焊膏回流Maxim的WLP符合工业标准回流焊处理流程，我们选择氮惰性气体下的回流焊接。
∙推荐使用压迫气体对流回流炉，这样可以控制整个过程中的热传导率。
∙WLP焊点能够经受三个标准回流焊周期。
∙推荐使用2D X射线或3D X射线分层摄影法作为回流焊之后取样检验，检查焊结短路、焊锡不足、漏焊和潜在开路等问题。
∙易溶解的Sn-Pb焊膏回流到易溶解的Sn-Pb或“高铅含量”焊点的WLP：标称峰值温度是220°C ±15°C，高于183°C熔点温度的持续时间是60 ±15秒，由机械装置内部的热电偶测量和验证回流炉的温度特性。
典型的易溶Sn-Pb焊膏回流焊温度曲线如图6所示。
峰值温度上限建议用于易溶Sn-Pb焊膏回流到“高铅含量”焊点的WLP中，以增强焊点接口处金属间的绑定层。
图6. 易溶焊膏的典型温度特性曲线∙“无铅”焊膏回流焊：标称峰值温度为250°C ±10°C，高于217°C至221°C熔点温度的时间是60 ±15秒，由机械装置内部的热电偶测量和验证回流炉的温度特性。
对于Sn96.5Ag3.5和SnAg(2-4)Cu(0.5-0.8)合金的典型“无铅”焊膏回流焊温度曲线如图7所示。
有关无铅封装的更多信息。
图7. Sn96.5Ag3.5和Sn-Ag-Cu “无铅”焊膏的典型温度特性曲线元件更换WLP的更换方法与典型的球栅阵列(BGA)更换方法相同。
∙使用局部加热取走WLP元件，加热温度曲线与最初的回流温度曲线类似，使用对流热气体喷嘴和底部预热的方法。
∙当喷嘴温度超过焊点熔点时，使用塑胶镊子或者真空工具取走有缺陷的元件。
∙必须使用温度可控的烙铁除去焊盘上的残留锡料。
∙将凝胶状助焊剂涂到焊盘上。
∙用真空拾取工具拾起新元件并利用视觉定位贴放夹具将其精确地放置在电路板上。
∙用相同的对流热气体喷嘴和底部预热的方法对元件进行回流焊接，采用最初的回流温度曲线。
环氧包封(板上安装倒装芯片所必需的)为了提高焊点连接的机械强度，加速热循环(ATC)能力，可以在安装了的CSP电路增加环氧填充和/或Glob-Top包封，使测试可靠性比没有环氧包封的元件提高10倍。
这种“包封效应”可以提高芯片与基板之间环氧粘合剂的机械连接机制的性能。
环氧包封还为潮湿的环境以及化学污染提供了一层物理屏障。
另外，环氧填充还可以阻止焊膏在相邻焊点之间蔓延，Glob-Top环氧层可以防护WLP 的边缘和背面硅层的机械连接处不被损坏。
材质的考虑∙固化环氧剂的线性扩充系数(CTE)与焊接点、Sn63Pb37 (21ppm/°C) - Pb95Sn5 (29ppm/°C)、65%至70%硅填充料一致。
∙较高的玻璃化转变温度(Tg)改善了所有产品保存期内的温度需求(最小固化环氧Tg ≥ 基板Tg; FR4 = 120°C至135°C, BT/强化FR4 = 170°C至185°C)。
∙支持BCB钝化和LPI焊锡掩膜。
∙低Ionics, 总卤化物低于100ppm。
∙低粘连性、快速回流率，回流能力可达到50mm (2mil)最小间隙尺寸。
∙低扭曲度，低收缩率。
∙低吸潮性。
可接受的视觉核查标准∙环氧填充材料必须连续地环绕整个管芯的四周构成一个正倒角，不允许有空隙。
这个正倒角与管芯的底层边沿有一个最小连接高度，连接高度不要超出管芯顶层边沿。
另外，倒角必须为正的润湿角，使管芯边沿与外界隔离。
∙环氧表层从视觉上必须保持均匀，没有间隙和针孔。
∙环氧层不要粘接到任何装配电气插头的表面。
∙可以利用垂直扫描声波显微镜(C-SAM)成像作为填充空隙检测的分析方法，如图9、图10所示。