電路設計 - 晶圓級封裝集成電路的PCB設計指南

WLP和WLCSP組件的焊點間距非常小。 不同的焊盤設計也會限制焊點之間的痕迹寬度。 設計PCB時有更多限制。

使用WLP和WLCSP的晶圓級晶片尺寸封裝, 小型化晶片的有效性變得越來越重要, 電子產品的使用也在不斷增加. 然而, 雖然WLP和WLCSP在封裝後可以達到晶片的尺寸，就像相同尺寸和大小的晶片一樣具有卓越的優勢, 包裝產品的功能越來越複雜, 引脚數量和設計要求越來越嚴格, 和 PCB設計 已成為新的應用挑戰

WLP（晶圓級封裝）和WLCSP（晶圓級晶片級封裝）實際上是一種集成電路的封裝方法，是指在晶圓（晶圓）生產完成後直接在晶圓上進行封裝。 封裝和測試程式，當封裝完成後，再切割成單個集成電路封裝的製造方法。

由傳統集成電路和WLP製作的封裝設計元件在尺寸上有很大不同，WLP只需要晶片尺寸就可以具有相同的電力特性。

WLP在晶圓階段進行元件封裝，囙此對傳統IC引脚、封裝體填充等沒有空間要求，並且元件尺寸可以達到晶片尺寸，囙此PCB設計挑戰更大。

Nemotek使用WLP製作圖像感測器模塊，採用光學透鏡設計，可以大大减少圖像感測器模塊的占地面積。 自動送料可以快速生產，節省生產成本。

3星採用WLP形式生產的圖像感測器，直接採用晶圓級封裝，大大减小了元件的尺寸，元件可以極薄且占地面積最小。

WLP和WLCSP不同於集成電路製造方法，在這種方法中，晶片被切割成晶片，然後在封裝中連接額外的引脚。 由於封裝的占地面積較小，WLP和WLCSP可以實現相同的積體電路應用功能，但只要占地面積與切割後的模具尺寸相同，並且在使用WLP和WLCSP製作單個集成電路的過程中，就不需要像普通集成電路那樣佈線和填充膠水。 在開發小型化或超小型化設計產品解決方案時，採用WLP和WLCSP封裝設計方法的積體電路應用可以實現出色的產品小型化優勢。 此外，WLP和WLCSP組件本身具有優良的電力效能（因為缺少接線和引脚），用於高速傳輸應用的組件。 效率更高，因為組件可以在晶圓上加工，也减少了IC繁瑣的製造過程。

但問題來了。 雖然WLP和WLCSP的尺寸相對較小，但隨著傳統集成電路引脚數量的新增，WLP和WLCSP封裝的球距要求變得更加嚴格，但電路設計所需的電力效能基本上與一般集成電路所需的電力支持沒有什麼不同，但WLP和WLCSP的尺寸已减小到晶片尺寸。 此外，可以使用WLP和WLCSP連接到PCB的觸點和電路非常小。 在PCB設計中，該解決方案不如一般IC應用解決方案簡單。

至於晶圓級封裝的使用, 這個 purpose is to reduce the cost and overall size of the 所以lution, 但是當引入晶圓級封裝時, PCB的成本必然是由於使用了晶圓級封裝, 必須進行相應的接線. 隨著衝壓工藝的改進, the PCB特性 可與WLP和WLCSP組件完全匹配，無連接問題. 特別是在設計方案中使用WLP和WLCSP之後, 印刷電路板將變得更加複雜，其作用將變得更加重要. 在設計過程中需要仔細規劃，以避免PCB質量導致終端產品的穩定性.

晶圓階段的元件封裝大大節省了載體板的占地面積

由於WLP和WLCSP封裝直接建立在“矽”襯底封裝工藝上，IC基本上不需要使用鍵合線，對於高頻元件，它可以直接獲得更好的高頻電效能，並實現縮短週期時間的好處。 由於包裝可以在工廠內完成，同時可以節省包裝成本，但對於工程師來說，設計計畫也必須朝著降低成本的方向考慮。 為了匹配WLP和WLCSP組件，PCB成本也必須在一定程度上受到限制。 注意權衡設計，或採用相應的電路佈局。

一般來說，要導入WLP和WLCSP組件，在執行PCB佈局規劃之前，工程師必須首先獲得WLP和WLCSP的封裝外形（即封裝尺寸），同時確認WLP和WLCSP組件的尺寸/接觸誤差和接觸，以獲取關鍵組件資訊，如間距、啟動電路佈局和工藝組件放置， 可以使用獲得的零部件參數進行設計和規劃。 隨著WLP和WLCSP的尺寸和接觸越來越小，您還必須考慮焊接適用的IC引脚。 墊子設計。

PCB需要針對SMD和NSMD形式進行微調

它可以與WLP和WLCSP焊盤類型相匹配，並且可以使用焊接掩模定義（SMD）和非焊接掩模定義（NSMD）。 阻焊膜定義型SMD焊盤設計用於使用阻焊膜定義焊球和待焊接焊盤的面積。 該設計解決方案可以减少在焊接或脫焊過程中拉起焊盤的可能性。 但SMD形式的缺點是，SMD减少了與錫球連接的銅表面的表面積，同時减少了相鄰焊盤之間的空間，這將限制焊盤之間的軌跡寬度，也可能導致PCB開啟。 孔使用彈性。 在大多數設計方案中，更常用的仍然是SMD設計方案，因為SMD的焊盤可以具有更好的焊接連接特性，並且焊料和焊盤可以在製造過程中集成在一起。

對於非焊接掩模定義焊盤（NSMD），設計方法是使用銅進行焊接凸焊來定義焊盤區域。 這種設計方案可以提供更大的表面積來連接PCB和焊球。 同時，與SMD設計形式相比，NSMD還提供了焊盤和焊盤之間更大的絕緣距離，這使得焊盤之間的佈線間距更大，並且對於PCB通孔的使用具有更高的靈活性。 然而，如果NSMD正在焊接，則脫焊和其他操作很容易導致焊盤拉起。

間距需要特別考慮

間距大小的考慮也非常重要，特別是當PCB是SMD或NSMD形式時，不同解決方案的保留間距大小也會略有不同，間距大小是指焊球之間的距離，這是焊球中心之間的距離的兩倍，間距大小越大， 焊盤和可用於佈線的焊盤之間的佈線空間越大。

依據 PCB佈線, 由於WLP和WLCSP組件的特性, 可用的錫球間距非常小. 大體上, 無法使用機械開孔設備打開PCB孔. 因為機械開口的孔徑太大, 打開過程也可能使PCB上較薄的線路由於打開過程中的錯誤而損壞. 然而, 在使用WLP和WLCSP組件的PCB中, 因為電路要緊密得多, 雷射鑽孔過孔, 哪些更昂貴, 將改為使用.

結束語

WLP和WLCSP組件的晶片級晶片尺寸封裝對於减少最終產品的尺寸具有極好的改進優勢，但作為交換，PCB設計計畫也必須同時陞級，使用高密度多層板和精密雷射開口。 在開發過程中，最初由IC組件節省的載體板空間和組件成本將部分轉移到PCB設計和後續批量生產中。 相反，較小的部件用於在產品背面的生產線上生產零部件。 處理或維護也會導致一些更難實施的操作問題，在相關設計之前必須逐一考慮。