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先进的3D叠层芯片封装工艺及可靠性研究

作　者: 王爱秀
导　师: 丁士进
学　校: 复旦大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 3D叠层封装可靠性
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

上个世纪九十年代,棚球阵列(BGA)封装替代了外引脚封装,焊料球凸点面阵使封装尺寸减小,输入和输出端口数增加,功能和性能增强。然而,随着封装技术的发展,在平面方向上的封装已经达到了极限。为了克服平面封装技术的瓶颈,人们开发了一种三维封装技术,即叠层封装。随着硅片减薄技术的成功使用,多芯片叠层封装的厚度几乎与过去BGA封装具有相同的厚度(约1.2毫米)。因此,三维叠层封装能有效地增强电子产品的功能,目前已成为业界最流行的封装技术。本论文首先分析了3D叠层芯片封装工艺的难点,包括圆片减薄后发生翘曲的解决方案,薄裸芯片的粘贴,低弧度金线的键合,以及封装芯片的潮湿敏感度等级等,并提出了相应的解决方案。然后,采用环氧树脂代替传统的蓝膜作为芯片间的粘贴材料,安排工艺认证。封装后对相应产品进行X射线和C—SEM检测,发现芯片、引脚和框架没有出现明显分层现象,焊线无缺陷,绕线也在规定的误差范围内。进一步地,本论文对该封装产品的可靠性进行了研究,包括恒温恒湿实验、非偏置的高速加速应力测试、高低温循环测试以及高温存放实验。结果表明,所有封装样品均通过上述可靠性测试,没有出现不合格样品。最后,本论文研究了USB四层堆叠球焊工艺,探讨了工艺参数对叠层球焊工艺性能的影响。当采用高低倍同时编程的方式打线时,高倍打线准确,低倍打线会出现十字线偏移,但总体情况良好。通过对金线的拉力和焊球的推力测试,发现金线所能承受的平均拉力在8-13g范围内,焊球所能承受的平均推力在22-28g范围内,上述结果均分别高于其技术标准值5g和13g。总之,本文的实验工作加深了对叠层封装工艺的了解,对提升产品的合格率起到良好的效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
引言  6-8
第一章绪论  8-19
  1.1 叠层式3D封装的结构与工艺  8-10
  1.2 圆片减薄技术  10-14
  1.3 便携式电子产品的叠层3D封装技术符合MCP的技术要求  14
  1.4 叠层式3D封装的性能特点和技术优势  14-15
  1.5 裸片堆叠和封装堆叠的性能特点  15-16
  1.6 叠层式3D封装体的散热问题  16
  1.7 叠层式3D封装技术的应用前景  16-19
第二章 3D叠层芯片封装工艺难点及解决方案  19-36
  2.1 超薄圆片减薄、划片  19-22
  2.2 崩裂成因及对策  22-25
  2.3 薄裸芯片贴装  25-28
  2.4 低弧度金线及立体键合  28-30
  2.5 LQFP-3D技术的MSL  30-36
第三章芯片叠层封装的工艺及可靠性验证  36-48
  3.1 引言  36
  3.2 叠层封装工艺验证  36-43
  3.3 叠层封装工艺的可靠性认证  43-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章 USB四层堆叠球焊试验  48-58
  4.1 背景介绍  48-49
  4.2 堆叠球焊工艺试验  49-50
  4.3 堆叠封装打线特性分析  50-55
  4.4 堆叠封装力学特性测试  55-57
  4.5 本章小结  57-58
第五章总结与展望  58-61
  5.1 论文总结  58
  5.2 展望---3D封装技术解决芯片封装日益缩小的挑战  58-61
参考文献  61-62
致谢  62-63

先进的3D叠层芯片封装工艺及可靠性研究

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