SiP：用于评估材料组性能的测试封装结构摘要本文介绍了用于SiP 器件.PDF

SiP：用于评估材料组性能的测试封装结构 作者：Michael S. Buckley,the electronics group of Henkel 摘要 本文介绍了用于 SiP 器件制造的一组材料，该组材料在经过 260℃回流后性能仍可达 到 JEDEC3 级标准的规定。 关键词：系统级封装 SiP，芯片，模拟半导体 目前系统级封装（SiP）似乎在电子类产品的制造中占尽风头。由于可以在最终的组装中节约宝 贵的系统面积，它们广受电子产品设计人员和组装人员的欢迎,并且由于SiP给便携式电子产品带 来更多功能,因而在在消费市场上也颇受青睐。但SiP的不足之处在于集成更复杂功能的能力“不 可避免地”依赖于移动产品的要求，因此这类产品大量的应用都将在差异很大的工作环境中。这 也注定了在市场竞争中永远不可能做到最好；SiP必须像标准封装那样证明其稳定性。 为了确保SiP中可以引入大部分稳定性很好的已有设计，需要首先确定SiP的失效模式。当这类标 准建立之后，需要在材料选择领域集中力量，筛选出可用于SiP的材料组。基于这一目的，汉高 公司与世界上最大的半导体公司之一合作，在SiP器件的设计和组装中积累第一手的研究经验。 在工艺流程的每一阶段，分别考虑元件置放、模塑化合物以及下填料之类的其他化合物，并确定 这些因素对失效模式的影响权重。 测试用芯片结构和组装用材料 为了模拟半导体厂商实际使用的封装情况，测试用 SiP芯片内包含有一个5×5 mm的倒装芯片、 12 个 0402 仿真元件和 37 个 0201 仿真元件。这些元件都封装在 0.22 mm 厚的 BT 多层基板上， 基板上覆盖Taiyo 4000（AUS-5）型阻焊膜。组装过程采用免清洗的粘性助焊剂和无铅（95 Sn/5 Sb）焊膏，该种焊膏与所使用免清洗助焊剂的成分相同。使用该封装结构顺序测试了模塑化合物 （这里分别称之为模塑化合物 A、B 和 C），并分别配合使用 0.8 mm 厚的两种下填料（称之为下 填料 A 和 B）。下填料 A 的填充物比例比较低，并作了其他调整来改善其流动性能，而下填料 B 的成分也作了特殊设计，目的是降低其弹性模量值并增强与氮化硅钝化层的粘附性。不过这两种 情况都是以提高热膨胀系数（CTE）为代价的。 测试流程 焊膏是通过丝网印刷方法涂覆的，印刷的钢板采用激光切割，电解抛光 5 mil厚的不锈钢板制成， 钢板上图形孔与焊盘的比例为 1:1。丝网印刷装置采用 200 mm的不锈钢刮刀，进行印刷操作时刮 刀与钢板成45°角，行进速度为25 mm/sec。再流工艺则通过Soltec公司的XPM2 型回流炉实现。 需要封装的元件首先在 125℃下前烘一个小时，倒装芯片与基板之间的下填料通过手工涂胶完 成，然后对封装结构用氩等离子体清洗。之后进行模塑、分离成单个单元，再通过声扫描显微镜 检查分层情况。通过检测后根据JEDEC三级标准的要求，在温度 30℃、相对湿度60℃的条件下湿 浸 192 小时。完成湿浸后进入再流工艺，在 260℃下回流三次，随后再次检查分层情况。前面所 介绍的两种下填料和三种模塑化合物之间两两组合顺次完成所有这些工艺和测试。 测试结果 器件生产商规定的“通过”标准需要满足如下要求：对于模塑化合物和下填料来说,下填料的填 充物中无裂缝出现，无分层现象；对助焊剂和焊膏来说,没有因为助焊剂残留引起的分层现象。 测试的结果通过 0402 和0201 元件分层现象的比例和倒装芯片中出现分层现象的比例反应出来。 之后使用 Minilab 统计分析软件处理这些分层情况的数据。 对于0402和0201 元件来说，模塑化合物的选择和下填料的选择对分层情况的影响并不大，但随 着元件距离模塑过程中销钉的位置越来越远，分层现象则越来越严重。总的来看，0201 元件的 分层情况要好于 0402 元件。0402 元件出现分层的情况也要好于 0201 元件，特别是位置在倒装 芯片旁边，四个一组的电阻元件。目前观察到的现象可以为今后寻找导致分层原因打下基础，可 以重新进行检测并对造成分层现象的原因进行分类。在一个 SiP 中还发现某个 0402 元件从基板 上发生剥离，这表明倒装芯片的下填料从