電源管理芯片廣泛應(yīng)用于板級電源系統(tǒng)中，包括控制器和功率MOSFET。但對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，即控制器和MOSFET所需要工藝的差別，可能無法使用同一半導(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outline不夠?qū)ΨQ。如果SMA工序不能完全依照芯片手冊的焊盤及鋼網(wǎng)的尺寸要求(有些客戶可能會有自己默認(rèn)的CAD和SMA規(guī)則)，可能會出現(xiàn)焊錫的厚度不足或不均勻。這樣貼裝的芯片的引腳在長期運行后(對應(yīng)板級可靠性測試BLR，JESD22-A104)由于板子的翹曲形變導(dǎo)致引腳開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和鋼網(wǎng)的尺寸規(guī)則，并能針對性的提前做出適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，對于提升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)手冊會標(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)，在溫循時的受力就會有差別，容易造成焊錫開裂的現(xiàn)象。

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

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

芯片的焊盤尺寸(land pattern) 和鋼網(wǎng)尺寸

芯片在PCB板上的焊盤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) 開窗，比焊盤相當(dāng)或略小。

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

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

在實際應(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，基于自身SMT 工藝產(chǎn)線精度和經(jīng)驗，有一套默認(rèn)的CAD rule，因而可能不會完全遵照TI 產(chǎn)品手冊推薦的尺寸。對于大多數(shù)對稱的封裝形式如QFP，BGA，LGA等，由于焊盤是對稱的，即使不完全按照供應(yīng)商推薦的焊盤鋼網(wǎng)尺寸，焊錫厚度一般也是均勻的。但對于非標(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)計就容易出現(xiàn)不對稱的引腳。因此不同的焊盤尺寸和鋼網(wǎng)尺寸，就會體現(xiàn)出完全不同的引腳焊接質(zhì)量和長期可靠性。

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

Table 1

(1) 焊盤尺寸相比TI 偏大

(2) 鋼網(wǎng)開口尺寸相比TI 偏小

(3) TI推薦125um 鋼網(wǎng)厚度

A 焊盤尺寸偏大，鋼網(wǎng)開創(chuàng)較小并且沒有給PIN 25(GND)開兩個窗口

焊錫厚度不足，焊錫開裂

整體焊錫量不足，因為鋼網(wǎng)開口小于TI推薦且焊盤尺寸偏大，導(dǎo)致引腳下的焊錫被攤開，流向外部裸露的焊盤上。溫度循環(huán)后，焊錫由于厚度不足導(dǎo)致容易開裂，引起芯片引腳開路導(dǎo)致?lián)p壞。

芯片傾斜

由于沒有在PIN25 開多個窗口，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 焊盤和鋼網(wǎng)尺寸都符合TI 要求，但鋼網(wǎng)厚度偏厚并且沒有給PIN 25(GND)開兩個窗口

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

圖 4 GroupB Unit 2 的剖面圖

C焊盤和鋼網(wǎng)尺寸及開口都符合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)

對于非對稱footprint的芯片，建議客戶一定要按照TI推薦的焊盤和鋼網(wǎng)尺寸進(jìn)行設(shè)計。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)測試中，容易開裂。

對于較大的單一PIN腳，焊錫越多，空洞越大，容易造成不平衡?？梢赃m當(dāng)把開窗分成多個小的開窗，以減少實際的焊錫量，并減少空洞。

審核編輯：湯梓紅