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作者：Maxim公司資深應(yīng)用工程師Anthony Sarcos 應(yīng)用工程師Sami Sirhan 設(shè)計(jì)系統(tǒng)級(jí)電路時(shí)，PCB基板成本相當(dāng)高。減小占用PCB面積的方法之一是采用更小的IC封裝，例如晶圓級(jí)封裝(WLP)。從而有效節(jié)省PCB面積，如果規(guī)劃合理，還有助于節(jié)約成本。 由于封裝直接安裝在硅基片，且不使用接合線，所以WLP比之前的封裝尺寸小很多。可節(jié)省縮短生產(chǎn)周期、降低封裝成本。然而，為了將PCB成本降至最低，還必須考慮電路板布局。本文介紹使用WLP封裝時(shí)設(shè)計(jì)PCB需要注意的事項(xiàng)，旨在幫助開(kāi)發(fā)PCB布局設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的可靠性。 SMD和NSMD焊盤(pán) 進(jìn)行布線之前，首先要考慮的是WLP芯片安裝。WLP封裝圖給出了芯片PCB布局的信息(封裝尺寸、容差、引腳焊球間距)。創(chuàng)建WLP的布板時(shí)需要考慮的另一問(wèn)題是IC引腳使用的焊盤(pán)類(lèi)型。焊盤(pán)選項(xiàng)有阻焊層限定(SMD)和非阻焊層限定(NSMD)，如圖1所示。 
圖1: WLP布板需考慮IC引腳所用焊盤(pán)的類(lèi)型，分為阻焊層限定(SMD)和非阻焊層限定(NSMD)。 顧名思義，SMD焊盤(pán)使用阻焊層限定焊接焊球的焊盤(pán)。這種方法降低了焊接期間或解焊過(guò)程中焊盤(pán)剝離的可能性。缺點(diǎn)是這種方法減小了用于焊球連接的覆銅面積，并減少了相鄰焊盤(pán)之間的距離。這就限制了焊盤(pán)之間走線的寬度，可能影響過(guò)孔的使用。 NSMD焊盤(pán)使用覆銅限定焊接焊球的焊盤(pán)面積。這種方法為焊球連接提供了更大面積，焊盤(pán)之間的空間更大(相對(duì)于SMD)，允許走線的寬度更大，使用過(guò)孔更靈活。該方法的不利之處是焊接和解焊過(guò)程中容易發(fā)生焊盤(pán)剝離。 強(qiáng)烈推薦NSMD。這種焊盤(pán)具有更好的焊料連接，使焊料參與封裝焊盤(pán)。開(kāi)始WLP封裝的PCB設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮這兩種焊盤(pán)類(lèi)型，根據(jù)具體的目標(biāo)應(yīng)用，權(quán)衡其優(yōu)缺點(diǎn)。注意，單個(gè)WLP布板可使用這兩種方法。 焊球間距 Maxim提供各種焊球間距為0.4mm或0.5mm的WLP封裝IC。焊球間距指的是IC上焊球(即引腳)之間的距離。按兩個(gè)相鄰焊球的中心間距測(cè)量距離。焊球間距越大，焊盤(pán)之間用于布線的空間就越大。 0.5mm焊球間距設(shè)計(jì)比其0.4mm的余地稍大。0.5mm焊球間距使焊球中心間距達(dá)到大約19.7mil。典型焊盤(pán)大小為8.7mil，焊盤(pán)之間有11mil的空間用于布線。采用3.5mil的走線穿過(guò)焊球之間，能夠在兩個(gè)焊盤(pán)之間輕松布置大約4mil的最大走線寬度。使用1oz銅(Cu)的4mil寬走線時(shí)，通過(guò)走線的電流限制在大約220mA。采用2oz銅時(shí)，通過(guò)4mil走線可驅(qū)動(dòng)380mA電流。0.5mm焊球間距WLP封裝的空間和尺寸見(jiàn)圖2。
圖2: 0.5mm焊球間距WLP封裝的空間和尺寸。 0.4mm(15.7mil)焊球間距設(shè)計(jì)比0.5mm設(shè)計(jì)稍為復(fù)雜。兩個(gè)焊球之間用于布線的空間小很多，這意味著限制更多，靈活性更小。典型焊盤(pán)大小為7mil，焊盤(pán)之間有8.7mil的空間用于布線。內(nèi)部走線每側(cè)空間為3mil時(shí)，則只有大約2.7mil的走線寬度可用。0.4mm焊球間距WLP封裝的空間和尺寸如圖3所示。使用1oz銅(Cu)的2.7mil寬走線時(shí)，通過(guò)走線的電流限制為大約160mA。對(duì)于更小的焊球間距，例如0.4mm，使用更厚的銅可能是個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樽呔�寬度小于銅寬(例如2oz銅=2.8mil)。這會(huì)造成走線凈寬在經(jīng)過(guò)蝕刻/電鍍處理后小于2.7mil。表1列出了常見(jiàn)PCB制造廠推薦的走線寬度和銅厚。 表1: 推薦布線寬度。
圖3: 0.4mm焊球間距WLP封裝的空間和尺寸。 替代走線 如果設(shè)計(jì)中不能在WLP焊盤(pán)之間使用更細(xì)的走線，例如更小焊球間距的WLP(即0.3mm)，可使用其它選項(xiàng)，但是也均存在其自身的不足。選項(xiàng)之一是采用激光鉆孔的過(guò)孔，帶來(lái)的PCB成本很高。之所以需要激光鉆孔是因?yàn)闄C(jī)械鉆孔存在設(shè)備限制(比如最小10mil的鉆頭尺寸)，以及WLP IC占位的相鄰及對(duì)角焊盤(pán)之間的間距限制。激光鉆孔是一種PCB制造工藝，它直接在WLP焊盤(pán)上鉆出過(guò)孔，然后填料，能夠在內(nèi)層走線。如果應(yīng)用中的PCB已經(jīng)在使用激光鉆的過(guò)孔(例如高端音頻應(yīng)用或手機(jī))，PCB成本就不是問(wèn)題。然而，如果應(yīng)用要求PCB必須具有更低的成本(例如有些LCD顯示屏)，那么就必須考慮額外的成本。 另一種不太常見(jiàn)的替代方法是采用錯(cuò)列焊球陣列WLP封裝。通過(guò)將WLP芯片上的焊球交錯(cuò)排列，就能有更大的空間排列更寬的走線。并不是所有WLP芯片都提供交錯(cuò)焊球陣列，但是需要在最初的設(shè)計(jì)階段仔細(xì)規(guī)劃。有些WLP芯片可能去掉一些內(nèi)/外引腳，這也可以為內(nèi)層提供更大的過(guò)孔或排列更寬引，需要在設(shè)計(jì)早期謹(jǐn)慎考慮，同時(shí)還要考慮部件可能的第二貨源要求。 本文總結(jié) 本文介紹了一些基本的布板設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，幫助設(shè)計(jì)人員了解使用0.4mm和0.5mm焊球間距WLP封裝IC時(shí)的PCB布局。還討論了焊盤(pán)類(lèi)型(SMD和NSMD)、焊盤(pán)之間走線的最大允許寬度，以及焊盤(pán)之間走線的替代方案(激光過(guò)孔、交錯(cuò)陣列WLP等)，提高采用WLP設(shè)計(jì)時(shí)的意識(shí)。 |
