倒装焊塑封翘曲失效分析

随着集成电路引出端数量的急剧提升,倒装焊型塑料封装能够满足集成电路I/O数量增加、封装的体积/重量减小和高频性能提高等发展需求。然而受封装材料间的热膨胀系数不匹配、封装结构等因素的影响,倒装焊塑封电路可能出现翘曲、分层等问题,从而严重地影响电路的可靠性。对影响倒装焊塑封电路翘曲的关键因素(材料特性、厚度等)进行了研究,针对某款FC-PBGA668电路,采用ANSYS仿真分析软件,对电路参数进行了仿真优化,并进行了实验验证,结果表明,采用仿真与实验相结合的方式,可以有效地控制和优化封装翘曲度,对于保障倒装焊塑封电路的可靠性具有重要的意义。

回流气氛对无助焊剂倒装焊焊点气孔的影响

研究了不同回流气氛对无助焊剂倒装焊焊点气孔的影响,并分析了氮气、甲酸回流气氛对密封腔体内部气氛含量的影响。研究结果表明,使用甲酸去除倒装芯片焊点表面氧化物后,电路在氮气环境中回流,焊点未产生气孔,且内部气氛能满足国标要求。在回流峰值温度持续时间内保持甲酸浓度不变,也可有效避免焊点气孔产生,但内部气氛含量中二氧化碳和氢气超标。在回流峰值温度持续时间内,真空环境时,因焊料金属氧化物无法充分还原成金属单质,且加热效果不理想,焊点位置易产生气孔,发生率约50%。实际生产中,在回流峰值温度区间先通入甲酸后抽取真空的方式可有效避免气孔产生。

CBGA、CCGA植球植柱焊接返工可靠性研究

多功能、高性能、高可靠及小型化、轻量化是集成电路发展的趋势。以航空航天为代表的高可靠应用中,CBGA和CCGA形式的封装需求在快速增长。CLGA外壳/基板植球或植柱及二次组装之后的使用过程中,常出现焊接不良或其他损伤而导致电路失效,因此需要进行植球植柱焊接返工。在返工过程中,除对焊接外观、焊接层孔隙等进行控制,研究返工过程对植球植柱焊盘镀层的影响也是保证焊接可靠性的重要工作。一次返工后焊盘表面镀金层已不存在,镀镍层也存在被熔蚀等问题,这都对返工工艺及返工后的电路可靠性提出了挑战。文章主要研究返工中镀镍层熔蚀变化趋势以及随返工次数增加焊球/焊柱拉脱强度和剪切强度的变化趋势,并分析返工后电路植球植柱的可靠性。

共晶焊料焊接的孔隙率研究

大功率或高功率密度的高可靠集成电路等通常采用合金焊料焊接芯片,以降低封装热阻和提高芯片焊接的可靠性。合金焊料焊接方式主要有真空烧结、保护气氛下静压烧结、共晶摩擦焊等。不同焊接工艺有其不同的适应性和焊接可靠性。文章以高可靠封装常用金基焊料的共晶焊接为例,探讨在相同封装结构、不同共晶焊接工艺下焊接层孔隙率,以及相同工艺设备、工艺条件下随芯片尺寸增大孔隙率的变化趋势。研究结果表明:金-硅共晶摩擦焊工艺的孔隙率低于金-锡真空烧结工艺和金-锡保护气氛静压烧结;同一焊接工艺,随着芯片尺寸变大,其孔隙率变化不显著,但单个空洞的尺寸有明显增大趋势。

高密度陶瓷封装电设计中噪声控制研究

随着陶瓷封装电路密度、频率和速度不断提高,电信号噪声问题凸显。信号噪声本质上源于传输线本身存在的寄生电阻、电容、电感与电信号作用导致的一系列信号质量下降、参考电位不稳定等问题。高频高密度陶瓷电设计常见的信号噪声问题包括反射、串扰和同步开关噪声等。文章分析了陶瓷封装设计中三类噪声产生的原因、危害及解决措施,并基于信号/电源完整性理论,介绍了一款高频高密度陶瓷基板的封装电设计。

硅基密封气密性及结构强度研究

探讨了硅基气密性封装的可行性,将电镀镍-金镀层的柯伐盖板、密封区金属化的硅基板用金锡焊料片通过熔封形成密封。硅是一种脆性材料,在硅基气密性密封结构中,需要研究气密性封装腔体大小对结构强度的影响(规律),以及可承受的压力。试验结果表明,腔体小于11 mm×27 mm时(腔体高度不限),350μm厚度的硅基板可直接与柯伐盖板密封,密封结构中的硅基板不会碎裂且可承受至少0.1 MPa的压力。

低介电损耗Ca_(1-x)Sr_(x)MgSi_(2)O_(6)微波介质陶瓷的结构和介电性能

本工作研究了Sr^(2+)取代Ca^(2+)对Ca_(1-x)Sr_(x)MgSi_(2)O_(6)陶瓷烧结特性、物相组成、显微组织和微波介电性能的影响。结果表明:采用Sr^(2+)取代部分Ca^(2+)时可以降低陶瓷的烧结温度,并且提高陶瓷的致密度。当Sr^(2+)取代量小于等于0.5时,陶瓷烧结体中只存在单一的CaMgSi_(2)O_(6)相。随着Sr^(2+)取代量的增加,Ca_(1-x)Sr_(x)MgSi_(2)O_(6)陶瓷的介电常数和品质因数均先增大后减小,而谐振频率温度系数逐渐增大。当Sr^(2+)取代量为0.4时,Ca_(0.6)Sr_(0.4)MgSi_(2)O_(6)陶瓷在1225℃下烧结4 h具有较佳的综合微波介电性能:ε_(r)=7.480,Q×f=78920 GHz,τ_(f)=-41.50×10^(-6)/℃。

基于信号/电源完整性的3D-SiP陶瓷封装设计

通过3D集成技术实现电子产品的小型化、高密度、高性能,已成为一条重要的技术途径。为了实现某型号数字信号处理系统的小型化,采用上下腔、3D叠层的气密性陶瓷封装结构,基于产品的信号/电源完整性对陶瓷封装进行了设计。运用Cadence Release16.3及SIwave5软件对其电性能进行了仿真分析,并根据仿真结果对封装设计进行优化,使封装的信号/电源完整性符合产品设计要求。最终研制生产的产品测试结果与仿真结果吻合,验证了封装电设计的合理性。

基于自蔓延反应的气密性陶瓷封装技术研究

研究了一种利用Al/Ni合金薄膜自蔓延反应来实现气密性陶瓷封装的技术方案,并对该方法的气密性焊接质量进行了测试和分析。研究结果表明,通过蒸镀工艺,可以有效地制备规定厚度和规定层数的Al、 Ni交替叠层薄膜。该Al/Ni合金薄膜在压力条件下可以触发自蔓延反应,形成局部高温焊接。参照GJB 548B密封性A1方法对样品进行密性测试,结果显示:平均测试结果为4.0×10-3(Pa·cm3)/s;利用X-ray测试焊接区,结果显示:孔隙率为14.47%。由此可以判断,该气密性封装方法的密封性和孔隙率均符合标准。

非气密倒装焊陶瓷封装热特性分析及测试验证

首先,针对非气密倒装陶瓷球栅阵列封装,设计了典型的结壳热阻测试的器件;其次,基于器件模型,采用有限元建立三维热模型仿真结壳热阻θj-top和θj-bottom值;然后,分析芯片尺寸、导热胶和热沉盖板材料对结壳热阻的影响;最后,针对一款典型的测试器件进行了结壳热阻测试,验证了仿真结果的准确性。

微量元素添加对多元Sn-Bi系焊料合金组织与性能的影响

传统焊料合金由于熔点温度高,不能满足部分有机基板、温度敏感器件以及3D封装等多层封装形式的低温封装要求。以Sn-Bi合金为基体,通过添加微量Ag、Cu、Co和Ni元素形成新型多元合金,对多元合金的熔化性能、润湿性能、微观组织和力学性能进行研究。结果表明:微量元素的添加(质量分数0~1%)对多元Sn-Bi系合金的固相线温度影响很小,降低了SnBi57AgCuCo合金的液相线温度和熔程;添加微量元素降低了合金的表面能,提高了润湿性;多元Sn-Bi系合金的微观组织由SnBi共晶组织、β-Sn相和块状富Bi相组成,微量元素的添加细化了β-Sn相中的Bi相颗粒。组织中的金属间化合物颗粒提高了多元Sn-Bi系合金抗拉强度和延伸率;断口形貌表明合金主要沿Bi相晶界断裂,Bi相的细化可改善焊料合金的力学性能。

晶圆级封装中的垂直互连结构

随着电子产品需求的不断提升,半导体封装技术的发展已经从2D结构发展到2.5D乃至3D结构,这对包括高密度集成和异质结构封装在内的系统级封装(System in Packaging,SiP)提出了更高的要求。以当下热门的晶圆级封装为切入点,重点阐述并总结目前在晶圆级封装结构中出现的3种垂直互连结构:硅通孔(Through Silicon Via,TSV)、塑封通孔(Through Molding Via,TMV)、玻璃通孔(Through Glass Via,TGV)。这3种垂直互连结构也是业内公认的推进三维集成封装的关键技术。从3种垂直互连结构的发展历史、工艺方法和应用领域等多个方面进行提炼总结,明确垂直互连结构的现状能力及未来挑战,为晶圆级三维集成封装技术开发和探索提供参考。

铜丝球键合工艺及可靠性机理

文章针对铜丝键合工艺在高密度及大电流集成电路封装应用中出现的一系列可靠性问题,对该领域目前相关的理论和研究成果进行了综述,介绍了铜丝球键合工艺、键合点组织结构及力学性能、IMC生长情况、可靠性机理及失效模式。针对铜丝球键合工艺中易氧化、硬度高等难点,对特定工艺进行了阐述,同时也从金属间化合物形成机理的角度重点阐述了铜丝球键合点可靠性优于金丝球键合点的原因。并对铜丝球键合及铜丝楔键合工艺前景进行了展望。

倒装再分布技术及应用

随着半导体技术的发展,封装工艺与圆片工艺的联系越来越密切,特别是倒装技术的发展及广泛应用。由CSP到WL-CSP,再到TSV技术,封装技术的发展越来越迅速。倒装技术是发展的关键技术,它包括再分布技术、凸点底层金属(UBM)技术、凸点制备技术、倒扣焊接技术和底部填充技术等。文章介绍了传统芯片通过再分布设计及工艺解决实现倒装工艺,为倒装技术以及新技术的开发和应用提供了良好的途径和广阔的空间。

倒装工艺中底部填充胶孔洞的分析与改善

随着倒装封装中焊球间隙的不断缩小,底部填充工艺难度也逐渐地增加。尤其是对于铜柱型焊球倒装产品,其固化后出现孔洞的现象越来越多。如何减少底部填充空洞,降低可靠性失效的风险,是产品工艺工程师、封装设计工程师与材料供应商需要共同解决的问题。阐述了底部填充工艺中出现孔洞的原因,并将其分为随机分布型孔洞、助焊剂残留型孔洞和空气内包型孔洞3类。结合研究文献与实际工程经验,从焊球分布和底部填充工艺方面给出了改善建议,对于底部填充孔洞的解决与改善具有一定的参考意义。

倒装焊陶瓷封装失效模式分析及失效机理研究

随着封装技术的发展,倒装焊技术得到广泛的应用,倒装焊的研究也越来越广泛深入。文章阐述了倒装焊封装的失效模式,主要有焊点疲劳失效、填充胶分层开裂失效、电迁移失效、腐蚀失效、机械应力失效等。并分析了陶瓷基板倒装焊温度循环试验后的失效模式,陶瓷倒装焊封装失效的机理主要是倒装芯片焊点与UBM界面金属间化合物应力开裂失效。根据失效机理分析,进行陶瓷倒装焊工艺优化改进,试验达到了JESD22-A104C标准规定的温度循环:-65℃～+150℃、500次循环、3只样品无失效的要求。