電源管理芯片廣泛應(yīng)用于板級(jí)電源系統(tǒng)中，包括控制器和功率MOSFET。但對(duì)于大電流電源管理芯片，基于不同半導(dǎo)體工藝的技術(shù)特點(diǎn)，即控制器和MOSFET所需要工藝的差別，可能無(wú)法使用同一半導(dǎo)體制程把兩者集成到同一晶圓（Wafer）上面。因而只能采用multiple-die的結(jié)構(gòu)， 稱為多芯片封裝 (MCM)加倒裝法 (Flip-chip) 的封裝形式，從而導(dǎo)致焊盤(pán)outline不夠?qū)ΨQ。如果SMA工序不能完全依照芯片手冊(cè)的焊盤(pán)及鋼網(wǎng)的尺寸要求(有些客戶可能會(huì)有自己默認(rèn)的CAD和SMA規(guī)則)，可能會(huì)出現(xiàn)焊錫的厚度不足或不均勻。這樣貼裝的芯片的引腳在長(zhǎng)期運(yùn)行后(對(duì)應(yīng)板級(jí)可靠性測(cè)試BLR，JESD22-A104)由于板子的翹曲形變導(dǎo)致引腳開(kāi)裂或短路并使得芯片功能異常甚至損壞。因此正確理解和遵守芯片的焊盤(pán)和鋼網(wǎng)的尺寸規(guī)則，并能針對(duì)性的提前做出適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，對(duì)于提升SMA 工藝的良率和芯片的工作壽命，具有重要的意義。

芯片的引腳尺寸(footprint)

芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)會(huì)標(biāo)注芯片的引腳尺寸(footprint)，如下Figure 1所示。該芯片的引腳在水平和垂直方向上都存在不對(duì)稱的現(xiàn)象，而且在垂直方向上，這一情況更明顯：Pin25 AGND 尺寸比較大，而PIN26-30 的尺寸都比較小且分散。那么由于左右側(cè)的不對(duì)稱，如果不按照該產(chǎn)品要求的鋼網(wǎng)和焊錫厚度，就可能導(dǎo)致

左右側(cè)焊錫厚度不均勻，局部焊錫厚度不足，加之PCB，焊錫，PAD和芯片有不同的熱膨脹系數(shù)，在溫循時(shí)的受力就會(huì)有差別，容易造成焊錫開(kāi)裂的現(xiàn)象。

相鄰IO由于芯片位置不夠水平，焊錫受力不均勻，可能會(huì)被擠壓流向相鄰IO，有短路的風(fēng)險(xiǎn)

Figure 1：TPS542A52 芯片頂視圖(左)和芯片的引腳尺寸圖(右)

芯片的焊盤(pán)尺寸(land pattern) 和鋼網(wǎng)尺寸

芯片在PCB板上的焊盤(pán)尺寸一般大于芯片尺寸，以便承接芯片在PCB板上。鋼網(wǎng)(solder stencil) 開(kāi)窗，比焊盤(pán)相當(dāng)或略小。

Figure 2：TPS542A52 焊盤(pán)(land pattern)頂視圖(左)和鋼網(wǎng)(solder stencil)頂視圖(右)

不同焊盤(pán)尺寸和鋼網(wǎng)厚度尺寸對(duì)焊錫厚度和均勻度的影響（TPS542A52）

在實(shí)際應(yīng)用中，芯片客戶的CAD 工程師在給供應(yīng)商的芯片建立CAD 模型時(shí)，基于自身SMT 工藝產(chǎn)線精度和經(jīng)驗(yàn)，有一套默認(rèn)的CAD rule，因而可能不會(huì)完全遵照TI 產(chǎn)品手冊(cè)推薦的尺寸。對(duì)于大多數(shù)對(duì)稱的封裝形式如QFP，BGA，LGA等，由于焊盤(pán)是對(duì)稱的，即使不完全按照供應(yīng)商推薦的焊盤(pán)鋼網(wǎng)尺寸，焊錫厚度一般也是均勻的。但對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)封裝的電源芯片，如FLIP-CHIP QFN， 由于功率部分占據(jù)較大的面積，但只有VIN/SW/GND 幾個(gè)IO口，而控制部分面積小但又有很多IO口，因此管腳的分布設(shè)計(jì)就容易出現(xiàn)不對(duì)稱的引腳。因此不同的焊盤(pán)尺寸和鋼網(wǎng)尺寸，就會(huì)體現(xiàn)出完全不同的引腳焊接質(zhì)量和長(zhǎng)期可靠性。

如下表Table 1是TPS542A52在不同焊盤(pán)和鋼網(wǎng)下的焊接質(zhì)量(焊錫厚度和均勻度)和溫度循環(huán)測(cè)試后的引腳剖面圖。

Table 1

(1) 焊盤(pán)尺寸相比TI 偏大

(2) 鋼網(wǎng)開(kāi)口尺寸相比TI 偏小

(3) TI推薦125um 鋼網(wǎng)厚度

A 焊盤(pán)尺寸偏大，鋼網(wǎng)開(kāi)創(chuàng)較小并且沒(méi)有給PIN 25(GND)開(kāi)兩個(gè)窗口

焊錫厚度不足，焊錫開(kāi)裂

整體焊錫量不足，因?yàn)殇摼W(wǎng)開(kāi)口小于TI推薦且焊盤(pán)尺寸偏大，導(dǎo)致引腳下的焊錫被攤開(kāi)，流向外部裸露的焊盤(pán)上。溫度循環(huán)后，焊錫由于厚度不足導(dǎo)致容易開(kāi)裂，引起芯片引腳開(kāi)路導(dǎo)致?lián)p壞。

芯片傾斜

由于沒(méi)有在PIN25 開(kāi)多個(gè)窗口，導(dǎo)致PIN25焊錫中有較多的空洞(Void)。如下圖3所示。

圖 3 GroupA Unit 1 的PIN25 的焊錫空洞

B 焊盤(pán)和鋼網(wǎng)尺寸都符合TI 要求，但鋼網(wǎng)厚度偏厚并且沒(méi)有給PIN 25(GND)開(kāi)兩個(gè)窗口

為了解決焊錫厚度不足的問(wèn)題，有的客戶會(huì)直接增加鋼網(wǎng)厚度。焊錫厚度足夠厚（>60um）, 不會(huì)出現(xiàn)solder crack的問(wèn)題。但焊接水平方向的傾斜仍然存在短路風(fēng)險(xiǎn)。如下圖4所示。

焊錫太厚

仍然不均勻，左側(cè)存在solder bridge導(dǎo)致短路的風(fēng)險(xiǎn)。

圖 4 GroupB Unit 2 的剖面圖

C焊盤(pán)和鋼網(wǎng)尺寸及開(kāi)口都符合TI要求，鋼網(wǎng)厚度也符合

焊錫厚度均勻，且大于60um，PIN25下焊錫的空洞(void)也較小。

圖 5 Group C Unit 4 的X-ray頂視圖和剖面圖

總結(jié)

對(duì)于非對(duì)稱footprint的芯片，建議客戶一定要按照TI推薦的焊盤(pán)和鋼網(wǎng)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。芯片焊錫厚度不均勻，造成傾斜，IO間焊錫短路。芯片焊錫厚度不足，在溫度循環(huán)測(cè)試中，容易開(kāi)裂。

對(duì)于較大的單一PIN腳，焊錫越多，空洞越大，容易造成不平衡。可以適當(dāng)把開(kāi)窗分成多個(gè)小的開(kāi)窗，以減少實(shí)際的焊錫量，并減少空洞。

審核編輯：湯梓紅