高密度多层基板3D—MCM的结构与工艺制作

本文以一种具有系统级功能的信号处理电路为例。介绍多层MCM基板层间通过焊球垂直互连的3D—MCM结构设计和工艺制作，该型3D—MCM模块的元器件封装效率超过200％，在与I／O端子（PGA引线、BGA焊球）一体化封装的3层LTCC基板的表面上及其腔体内组装了432只外贴元器件，封装外形尺寸仅为32mm×32mm×15mm。

基于埋置式基板的3D-MCM封装结构的研制

研制一种用于无线传感网的多芯片组件(3D-MCM).采用层压、开槽等工艺获得埋置式高密度多层有机(FR-4)基板,通过板上芯片(COB)、板上倒装芯片(FCOB)、球栅阵列(BGA)等技术,并通过引线键合、倒装焊等多种互连方式将不同类型的半导体芯片三维封装于一种由叠层模块所形成的立体封装结构中;通过封装表层的植球工艺形成与表面组装技术(SMT)兼容的BGA器件输出端子;利用不同熔点焊球实现了工艺兼容的封装体内各级BGA的垂直互连,形成了融合多种互连方式3D-MCM封装结构.埋置式基板的应用解决了BGA与引线键合芯片同面组装情况下芯片封装面高出焊球高度的关键问题.对封装结构的散热特性进行了数值模拟和测试,结果表明组件具有高的热机械可靠性.电学测试结果表明组件实现了电功能,从而满足了无线传感网小型化、高可靠性和低成本的设计要求.

基于MCM-D工艺的3D-MCM工艺技术研究

基于MCM-D薄膜工艺,开展了3D-MCM相关的无源元件内埋置、芯片减薄、芯片叠层组装、低弧度金丝键合、芯片凸点,以及板级叠层互连装配等工艺技术研究。通过埋置型基板、叠层芯片组装、板级叠层互连,实现了3D-MCM结构,制作出薄膜3D-MCM样品;探索出主要的工艺流程及关键工序控制方法,实现了薄膜3D-MCM封装。

基于MCM-C工艺的3D-MCM实用化技术研究

基于MCM-C(陶瓷厚膜型)工艺,实现了三维多芯片组件(3D-MCM)封装。解决了多层基板制作、叠层间隔离及垂直定位互连等关键工艺问题。制作出层间为金属引线互连结构的3DMCM样品。该样品具有体积小、重量轻、可靠性高等优点。经使用测试,样品的技术指标完全合格,使用情况良好。

3D MCM热分析技术的研究

三维多芯片组件(3DMCM-ThreeDimensionMulti-ChipModule)是近几年正在发展的一种电子封装技术。在3DMCM封装中,随着芯片封装密度的增加,对其热分析与热设计技术就显得越来越重要了。本文利用有限元方法,通过Ansys软件工具对某静态存储器组件(3DMCM模块)内部温度场进行了模拟仿真,并与实验数据进行了对比,获得了很好的分析效果,为3DMCM的可靠性设计提供了技术支持。

CVD金刚石改善3D-MCM散热性能分析

在3D-MCM(多芯片组件)封装设计中,大功率和高热流密度导致系统的散热成为关键技术之一。本文采用高导热率的金刚石封装材料建立了一种叠层多芯片组件结构,应用ANSYS软件和计算流体动力学方法(CFD),对CVD(化学气相沉积)金刚石基板的三维多芯片结构进行了热性能分析,模拟了器件在强制空气冷却条件下的热传递过程和温度分布,探讨了各种设计参数和物性参数对3D-MCM器件温度场的影响。结果显示金刚石基板应用在多芯片组件中能显著地改善3D-MCM封装的散热性能,明显优于氮化铝基板;在强制空冷时散热功率可达到120W。

3D-MCM高集成微波模块的热设计研究和应用

文中针对3D-MCM高集成模块的散热问题,研究了3D-MCM组件在高能量密度、高集成度下的热设计,并以3D-MCM信号处理组件为例,根据信号处理组件电性能设计和封装布局设计要求,建立了参数化的有限元仿真模型。经过布局迭代、散热方式优化和组件材料优化,组件的等效热导率高达76 W/(m·K),封装基板局部的热导率可达183 W/(m·K)。基于氮化铝基板和纳米银等高导热材料,实现了高集成信号处理组件的高效散热设计。

3D MCM组件产品热分析技术研究

三维多芯片组件(3D MCM-Three Dimension Multi-Chip Module)是近几年正在发展的一种电子封装技术。在3DMCM封装中,随着芯片封装密度的增加,对其热分析与热设计技术就显得越来越重要了。文章利用有限元方法,通过Ansys软件工具对某静态存储器组件(3DMCM模块)内部温度场进行了模拟仿真,并与实验数据进行了对比,获得了很好的分析效果,为3DMCM的可靠性设计提供了技术支持。

3D-MCM的X射线检测分析

X射线检测技术是一种能对不可视部位进行检测的技术。本文利用X射线对3D—MCM中的BGA焊点、基板和隔板之间的焊料凸点、叠层基板间的垂直互连和陶瓷-金属封装等进行检测;对存在于焊点和凸点中的气孔、垂直互连中的开路和封装中的孔洞等进行了分析。

毫米波3D-MCM中垂直互联的设计

3D-MCM是新一代有源相控阵共形天线的核心部件,设计小型化、低插入损耗和高可靠的垂直互联结构是实现3D-MCM关键技术之一。以小型化、连接可靠性、易集成、易加工为目的,提出一种应用于毫米波频段,基于左手传输线的同轴型非接触式垂直互联结构,使得不同功能模块之间通过电磁耦合的方式实现了信号的垂直传输。利用低温共烧陶瓷(LTCC)制造工艺,制作了背靠背同轴型非接触式垂直互联实物,单个垂直互联接口面积约3.14 mm^2,经测试在35~43 GHz频段内单个垂直互联插入损耗小于0.7 dB,带内平坦度优于±0.75 dB,回波损耗优于-12 dB。

基于热叠加模型的叠层3D多芯片组件芯片热布局优化研究

叠层三维多芯片组件(3D Multi-Chip Module,MCM)芯片的位置布局直接影响其内部温度场分布,进而影响其可靠性.本文研究了叠层3D-MCM内芯片热布局优化问题,目标是降低芯片最高温度、平均芯片温度场.基于热叠加模型并结合热传导公式,选取芯片的温度作为评价指标,确定出用于3D-MCM热布局优化的适应度函数,采用遗传算法对芯片热布局进行优化,得出了最优芯片热布局方案,总结出了可用于指导叠层3D-MCM芯片热布局设计的热布局规则;采用有限元仿真方法,对所得的热布局优化结果进行验证,结果表明热布局优化结果与仿真实验结果一致,本文所提出的基于热叠加模型的MCM热布局优化算法可实现叠层3D-MCM芯片的热布局优化.

先进的叠层式3D封装技术及其应用前景

采用叠层3D封装技术将使芯片所包含晶体管数目成倍的增加,它不但具有体积小、性能高、功耗低等优点,而且拥有无可比拟的封装效率。对其叠层3D封装的发展趋势、技术特点、技术优势、散热问题以及应用前景等几个方面进行了探讨。

基于MCM的环型行波超声波电机驱动集成单元的热分析

应用多芯片组件(MCM)技术,对超声波电机驱动单元的集成技术进行了初步探索;建立了MCM的三维有限元的热分析模型,并在空气自然对流情况下,对温度分布和散热状况进行了模拟计算;定量分析了空气强迫对流MCM模型温度分布和散热状况的影响。模拟分析结果为基于MCM的超声波电机驱动单元的设计提供了重要的理论依据,对于提高同类产品本身的整体性能和国际竞争力具有重要的理论意义和实用价值。

无线传感网3D-MCM封装结构的设计与实现

设计和实现了一种新型的三维多芯片组件(3D-MCM)。采用融合了FCOB(flip-chip onboard)、COB(chip on board)、BGA(ball grid array)等技术的三维封装(3D packaging)形式,通过倒装焊和引线键合等互连技术在高密度多层有机基板上实现了塑封BGA器件和裸芯片的混载集成。对器件结构的散热特性进行了数值模拟,并对热可靠性进行了评估。实现了电功能和热机械可靠性,达到设计要求并付诸应用。

基于毛纽扣的LTCC微波模块垂直互连技术

基于独立的二维LTCC微波模块间的垂直互连技术展开研究,采用了一种三线型毛纽扣微波垂直互连结构并使用三维电磁仿真软件HFSS对三线型毛纽扣垂直互连结构的模型进行分析与优化。通过对相应工艺的研究,制作了三线型毛纽扣垂直互连样品,其中毛纽扣的高度为3mm,直径为0.5mm。样品测试结果与仿真结果相符,在X波段插入损耗小于1.5dB,回波损耗大于15dB。

基于埋置式基板的三维多芯片组件的翘曲研究

采用粘塑性有限元焊球模型以及大形变理论研究了三维多芯片组件(3D-MCM)的翘曲形态特征及其成因,结果表明基板腔室的存在使埋置式基板形成了双弓形翘曲形态,焊球的粘塑性使组件在温度循环中出现了翘曲回滞现象.基板中心空腔能改变基板翘曲形态,有利于减小基板翘曲,并有利于提高倒扣焊器件的热机械可靠性.底充胶能够增强3D-MCM的互连强度,并且能够有效降低3D-MCM温度循环后的残留翘曲度.底充胶的热膨胀系数(CTE)过高可能引发3D-MCM新的失效模式.3D-MCM的云纹干涉实验结果与数值分析结果相符较好.

三维存储器模块热分析技术的研究

随着3D封装密度的加大,单位体积的热容量增加,对3D封装的热分析与热设计技术就显得越来越重要了。针对某3D SRAM模块,对其结构特点和工作方式进行了分析,通过Ansys有限元仿真工具对模块内部温度场进行了仿真,并与实验数据进行了对比,为3D SRAM模块的可靠性设计提供了有利的技术支持。

三维多芯片组件的散热分析

建立了一种叠层多芯片组件结构，应用计算流体动力学方法(CFD)，对金刚石基板的三维多芯片结构进行了散热分析，模拟了器件在强制空气冷却条件下的热传递过程和温度分布。此外，还探讨了各种设计参数和物性参数对3D-MCM器件温度场的影响。

LTCC在SiP中的应用与发展

SiP是实现先进电子设备小型化、多功能化和高可靠性的有效途径。SiP的组装和封装载体是基板。LTCC通过采用更小的通孔直径、更细的线宽/线间距和更多的布线层数能实现SiP复杂系统大容量的布线。通过采用空腔结构可以优化系统元器件的组装,提高散热能力。利用埋置无源元件,可以减少SiP表贴元件的数量。利用3D-MCM和一体化封装可以进一步减少系统的面积和体积,缩短互连线。未来SiP的发展要求LTCC具有更好的散热能力、更高的基板制作精度和更多无源元件的集成。

LTCC封装技术研究现状与发展趋势

低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-Fired Ceramics,LTCC)封装能将不同种类的芯片等元器件组装集成于同一封装体内以实现系统的某些功能,是实现系统小型化、集成化、多功能化和高可靠性的重要手段。总结了LTCC基板所采用的封装方式,阐述了LTCC基板的金属外壳封装、针栅阵列(Pin Grid Array,PGA)封装、焊球阵列(Ball Grid Array,BGA)封装、穿墙无引脚封装、四面引脚扁平(Quad Flat Package,QFP)封装、无引脚片式载体(Leadless Chip Carrier,LCC)封装和三维多芯片模块(Three-Dimensional Multichip Module,3D-MCM)封装技术的特点及研究现状。分析了LTCC基板不同类型封装中影响封装气密性和可靠性的一些关键技术因素,并对LTCC封装技术的发展趋势进行了展望。