先进的3D叠层芯片封装工艺及可靠性研究

作     者：王爱秀 

作者单位：复旦大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁士进

授予年度：2011年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：3D叠层 封装 可靠性 

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。