先进的3D叠层芯片封装工艺及可靠性研究

论文摘要

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。

论文目录

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