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作者：Maxim公司資深應用工程師Anthony Sarcos 應用工程師Sami Sirhan 設計系統級電路時，PCB基板成本相當高。減小占用PCB面積的方法之一是采用更小的IC封裝，例如晶圓級封裝(WLP)。從而有效節省PCB面積，如果規劃合理，還有助于節約成本。 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。可節省縮短生產周期、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封裝時設計PCB需要注意的事項，旨在幫助開發PCB布局設計，提高產品的可靠性。 SMD和NSMD焊盤 進行布線之前，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)。創建WLP的布板時需要考慮的另一問題是IC引腳使用的焊盤類型。焊盤選項有阻焊層限定(SMD)和非阻焊層限定(NSMD)，如圖1所示。 
圖1: WLP布板需考慮IC引腳所用焊盤的類型，分為阻焊層限定(SMD)和非阻焊層限定(NSMD)。 顧名思義，SMD焊盤使用阻焊層限定焊接焊球的焊盤。這種方法降低了焊接期間或解焊過程中焊盤剝離的可能性。缺點是這種方法減小了用于焊球連接的覆銅面積，并減少了相鄰焊盤之間的距離。這就限制了焊盤之間走線的寬度，可能影響過孔的使用。 NSMD焊盤使用覆銅限定焊接焊球的焊盤面積。這種方法為焊球連接提供了更大面積，焊盤之間的空間更大(相對于SMD)，允許走線的寬度更大，使用過孔更靈活。該方法的不利之處是焊接和解焊過程中容易發生焊盤剝離。 強烈推薦NSMD。這種焊盤具有更好的焊料連接，使焊料參與封裝焊盤。開始WLP封裝的PCB設計時，應考慮這兩種焊盤類型，根據具體的目標應用，權衡其優缺點。注意，單個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。按兩個相鄰焊球的中心間距測量距離。焊球間距越大，焊盤之間用于布線的空間就越大。 0.5mm焊球間距設計比其0.4mm的余地稍大。0.5mm焊球間距使焊球中心間距達到大約19.7mil。典型焊盤大小為8.7mil，焊盤之間有11mil的空間用于布線。采用3.5mil的走線穿過焊球之間，能夠在兩個焊盤之間輕松布置大約4mil的最大走線寬度。使用1oz銅(Cu)的4mil寬走線時，通過走線的電流限制在大約220mA。采用2oz銅時，通過4mil走線可驅動380mA電流。0.5mm焊球間距WLP封裝的空間和尺寸見圖2。
圖2: 0.5mm焊球間距WLP封裝的空間和尺寸。 0.4mm(15.7mil)焊球間距設計比0.5mm設計稍為復雜。兩個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。典型焊盤大小為7mil，焊盤之間有8.7mil的空間用于布線。內部走線每側空間為3mil時，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，通過走線的電流限制為大約160mA。對于更小的焊球間距，例如0.4mm，使用更厚的銅可能是個問題，因為走線寬度小于銅寬(例如2oz銅=2.8mil)。這會造成走線凈寬在經過蝕刻/電鍍處理后小于2.7mil。表1列出了常見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 如果設計中不能在WLP焊盤之間使用更細的走線，例如更小焊球間距的WLP(即0.3mm)，可使用其它選項，但是也均存在其自身的不足。選項之一是采用激光鉆孔的過孔，帶來的PCB成本很高。之所以需要激光鉆孔是因為機械鉆孔存在設備限制(比如最小10mil的鉆頭尺寸)，以及WLP IC占位的相鄰及對角焊盤之間的間距限制。激光鉆孔是一種PCB制造工藝，它直接在WLP焊盤上鉆出過孔，然后填料，能夠在內層走線。如果應用中的PCB已經在使用激光鉆的過孔(例如高端音頻應用或手機)，PCB成本就不是問題。然而，如果應用要求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。 另一種不太常見的替代方法是采用錯列焊球陣列WLP封裝。通過將WLP芯片上的焊球交錯排列，就能有更大的空間排列更寬的走線。并不是所有WLP芯片都提供交錯焊球陣列，但是需要在最初的設計階段仔細規劃。有些WLP芯片可能去掉一些內/外引腳，這也可以為內層提供更大的過孔或排列更寬引，需要在設計早期謹慎考慮，同時還要考慮部件可能的第二貨源要求。 本文總結 本文介紹了一些基本的布板設計注意事項，幫助設計人員了解使用0.4mm和0.5mm焊球間距WLP封裝IC時的PCB布局。還討論了焊盤類型(SMD和NSMD)、焊盤之間走線的最大允許寬度，以及焊盤之間走線的替代方案(激光過孔、交錯陣列WLP等)，提高采用WLP設計時的意識。 |
