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SiP封裝中的芯片堆疊工藝與可靠性研究

目前cPU+ Memory等系統(tǒng)集成的多芯片系統(tǒng)級(jí)封裝已經(jīng)成為3DSiP（3 Dimension System in Package，三維系統(tǒng)級(jí)封裝）的主流，非常具有代表性和市場(chǎng)前景，SiP作為將不同種類的元件，通過(guò)不同技術(shù)，混載于同一封裝內(nèi)的一種系統(tǒng)集成封裝形式，不僅可搭載不同類型的芯片，還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。然而，其封裝具有更高密度和更大的發(fā)熱密度和熱阻，對(duì)封裝技術(shù)具有更大的挑戰(zhàn)。因此，對(duì)SiP封裝的工藝流程和SiP封裝中的濕熱分布及它們對(duì)可靠性影響的研究有著十分重要的意義本課題是在數(shù)字電視（DTV）接收端子系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)CPU和DDR芯片進(jìn)行芯片堆疊的SiP封裝。封裝形式選擇了適用于小型化的BGA封裝，結(jié)構(gòu)上采用CPU和DDR兩芯片堆疊的3D結(jié)構(gòu)，以引線鍵合的方式為互連，實(shí)現(xiàn)小型化系統(tǒng)級(jí)封裝。本文研究該SP封裝中芯片粘貼工藝及其可靠性，利用不導(dǎo)電膠將CPU和DDR芯片進(jìn)行了堆疊貼片，分析總結(jié)了SiP封裝堆疊貼片工藝最為關(guān)鍵的是涂布材料不導(dǎo)電膠的體積和施加在芯片上作用力大小，對(duì)制成的樣品進(jìn)行了高溫高濕試驗(yàn)，分析濕氣對(duì)SiP封裝的可靠性的影響。論文利用有限元軟件 Abaqus對(duì)SiP封裝進(jìn)行了建模，模型包括熱應(yīng)力和濕氣擴(kuò)散模型。模擬分析了封裝體在溫度循環(huán)條件下，受到的應(yīng)力、應(yīng)變、以及可能出現(xiàn)的失效形式：比較了相同的熱載荷條件下，改變塑封料、粘結(jié)層的材料屬性，如楊氏模量、熱膨脹系數(shù)以及芯片、粘結(jié)層的厚度等對(duì)封裝體應(yīng)力應(yīng)變的影響。并對(duì)封裝進(jìn)行了濕氣吸附分析，研究了SiP封裝在85℃RH85%環(huán)境下吸濕5h、17h、55和168h后的相對(duì)濕度分布情況，還對(duì)SiP封裝在濕熱環(huán)境下可能產(chǎn)生的可靠性問(wèn)題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在經(jīng)過(guò)168小時(shí)濕氣預(yù)處理后，封裝外部的基板和模塑料基本上達(dá)到飽和。模擬結(jié)果表明濕應(yīng)力同樣對(duì)封裝的可靠性會(huì)產(chǎn)生重要影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了，SiP封裝在濕氣環(huán)境下引入的濕應(yīng)力對(duì)可靠性有著重要影響。論文還利用有限元分析方法對(duì)超薄多芯片SiP封裝進(jìn)行了建模，對(duì)其在溫度循環(huán)條件下的應(yīng)力、應(yīng)變以及可能的失效形式進(jìn)行了分析。采用二水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法研究四層芯片、四層粘結(jié)薄膜、塑封料等9個(gè)封裝組件的厚度變化對(duì)芯片上最大應(yīng)力的影響，從而找到最主要的影響因子進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終得到更優(yōu)化的四層芯片疊層SiP封裝結(jié)構(gòu)。

標(biāo)簽： sip封裝

上傳時(shí)間： 2022-04-08

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