【经验】如何降低CSP封装的光敏感度？
芯片级封装（CSP）为应用提供小型化和经济性的解决方案，广泛用于小型穿戴设备和物联网的PCB设计。然而，该封装将内部芯片直接暴露在光线下，可能导致额外的电流损耗，成为低功耗应用设计的不利因素。本文以EFM32WG360F256-A-CSP81为例，介绍了CSP封装阻挡光线进入的两种常用方法。
一、引言
CSP封装本质上是一块裸硅片，由于采用透明的模塑材料，使得硅半导体暴露在光线下，那么硅集成电路上的任意二极管或反向偏置PN结将受光电效应的影响。当光子撞击半导体时会产生电子空穴对，最终导致芯片的漏电流增大，对于低功耗或高精度模拟芯片的设计非常不利。
图1 NMOS和PMOS示意图
二、采用CSP封装的EFM32系列
Wonder Gecko EFM32WG360F256-A-CSP81作为一款节能型的微控制器，采用81引脚的CSP封装，其中封装顶部具有不透明的黑色涂层（芯片裸片的背侧），另外一侧为再分布层和焊球，用于将芯片焊接在PCB上。
实验结果表明，当元件暴露在明亮光线下时，EM2模式的漏电流会增大到几μA，那么欠压检测器（BOD）就会重启MCU。此外，超低功耗调节器采用低功耗的电压参考，也容易受到强光的影响。通过EMU_CTRL寄存器设置EMVREG位，增大EM2的电压调节器偏置，从而防止BOD重启设备：
EMU->CTRL |= EMU_CTRL_EMVREG
在该设置下，完全偏置模式EM2的电流将增大到400μA左右，然而对于低功耗应用来说不是一个好的解决方案。
三、光线阻挡方案
1.遮光外壳
对于大多数产品，PCB通常封装在某种类型的外壳中，可以保护电路板免受灰尘、污垢和机械的损坏。当选用CSP封装时，外壳设计还需要考虑光线阻挡的因素。
在LED、接近传感器、光电设备与EFM32WG360F256-A-CSP81配合使用时，设备外壳不仅要确保光线准确传递给内部的感光元件，还需阻挡光线到达CSP封装的半导体。CSP封装顶部的不透明材料阻挡了大部分光线，但是卤素灯实验的结果表明，当EFM32WG360F256-A-CSP81顶部的直接辐照度为30mW/cm2时，就会导致该元件重启。
EFM32WG360F256-A-CSP81对光源最敏感的位置在芯片左侧45°，即电压调节器去耦引脚的一侧。在该角度下大约4mW/cm2的光照等级就会导致芯片重启，因此表明该元件的边缘、封装底侧更容易受到光线影响。
图2 EFM32WG CSP封装的光敏感区域
2.圆顶封装体
如果无法使用外壳阻挡光线进入，另外一个解决方案是选用环氧树脂的圆体封装体进行覆盖，这种类型的材料通常用于芯片组装。在采用圆顶封装材料覆盖时（例如Namics Chipcoat G8345-6），需要准备充足材料覆盖封装的所有角落，为设备提供最佳的遮光效果。
图3 采用圆顶封装体覆盖EFM32WG设备
如图3所示，左侧电路板具有充足的填充材料，并且每个角落都被完全覆盖，在封装上面形成一个平滑的圆顶。右侧电路板填充材料不充足，那么CSP封装的角落就容易受到光照的影响。右侧电路板CSP封装的重置辐照度为30mW/cm2，而左侧CSP封装在辐照度100mW/cm2时设备仍未发生重置。
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产品型号
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品类
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系列
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Vdd min（V）
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Vdd max（V）
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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Debug Interface
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Cryptography
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Dig I/O Pins
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ADC 1
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DAC
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USB
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Cap Sense
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LCD
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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UART
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USART
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SPI
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I2C
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I2S
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EMIF
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RTC
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Comparators
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EFM32GG290F512-BGA112
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32位MCU
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EFM32 Giant Gecko
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48
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512
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128
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1.98
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3.8
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BGA112
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10x10
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±2%
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ETM; SW
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AES-128 AES-256
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12-bit, 8-ch., 1 Msps
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12-bit, 2 ch.
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Cap Sense
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Temp Sensor
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3
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RTC
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2
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