bga多芯片组件及三维立体封装(3d)技术

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1、BGA多芯片组件及三维立体封装(3D)技术2003-10-49:39:59本文摘自《电子与封装》杨建生(天水永红器材厂，甘肃天水741000)摘要：本文主要对BGA多芯片组件技术和三维立体(3D)封装技术进行了浅析，同时简述了它们的主要特点及应用前景。关键词：BGA多芯片组件；三维立体封装(3D)；特点中图分类号：TN305．94文献标识码：A1引言目前半导体IC封装的主要发展趋势为多引脚、窄间距、小型、薄型、高性能、多功能、高可靠性和低成本，因而对系统集成的要求也越来越迫切。通过由二维多芯片组件到三维多芯片组件(3D-

2、MCM或MCM-V)技术，实现WSI的功能是实现系统集成技术的主要途径之一。三维封装技术是现代微组装技术发展的重要方向，是微电子技术领域跨世纪的一项关键技术。2BGA多芯片组件多芯片组件最简单的定义是在封装(芯片载体)中有多于一个的芯片。过去的几年已证明，在MCM的研究与开发方面出现了突飞猛进的增长现象，这是单芯片组件密度和性能受限的直接结果。充分利用IC性能优点方面传统设计的基板结构，MCM把好几个IC芯片结合成为相当于一百多个高性能IC的功能。复杂的基板结构是MCM技术的核心。运用薄膜、厚膜、共烧及分层等方法，可把它

3、装配于各类多层陶瓷、聚合物、各类金属、玻璃陶瓷和PCB上等。电子电路互连封装协会(IPC)已给出了MCM的标准定义，确定了三种主要的MCM的类型。MCM-C是使用厚膜技术诸如可共烧金属以形成导体图形的多芯片组件。整个构成材料为陶瓷或玻璃一陶瓷材料或介电常数高于5的别的材料。一言以蔽之，即在陶瓷或玻璃瓷板上形成MCM-C。MCM-L是使用叠层结构和印制电路板技术以形成主要的铜导体及通孔的多芯片组件。这些构造也许有时包含热膨胀控制金属层。简言之，MCM-L使用加强的塑料叠层PCB技术。MCM-D就是在多芯片组件上或在硅、陶瓷

4、或金属支撑的介电常数低于5的未加强介电材料上，通过薄膜金属淀积而形成的多层信号导体。总之，MCM-D是在多种刚性基板上运用淀积金属的加强的绝缘材料而形成的。表1表明了由国际微电子学协会(ISHM)给出的MCM较详细的定义。可以看出MCM-D的线宽及间距依次小于15μm及30μm。每层的线密度也可高达400mm／mm。图1示出了紧接着下一代高速器件(如微处理器、ASIC、SRAM、及DRAM)的主要类型(如处理器、门阵列、高速缓冲存贮器及主要存贮器)，MCM-L、MCM-C及MCM-D的潜在的应用。可以看出，由于其功率分布

5、和其布线密度能力，满足将来适应计算机各项要求的MCM-C的应用范围正在扩大。但同时，由于适应性、合理的成本及低风险，可大量使用MCM-L。合格芯片(KGB)是MCM应用中的关键问题。图2和图3分别示出了MCM成品率与组件芯片数目的比较及最后成品装运的MCM成品率与检测故障覆盖率的比较。可以看出芯片成品率起着非常重要的作用。由于这些特点，芯片数目、芯片成品率、MCM返工以及最后装运MCM成品率之间的折衷办法可得到确定。例如，如果一个有10个芯片的MCM有90％的芯片成品率及95％的检测故障覆盖率，那么，MCM的成品率为35

6、％(图2)，最后装运MCM成品率为95％(图3)，既然是这样，MCM中的65％将至少需要返工一次。另一方面，如果芯片成品率为90％增加为99％，检测故障覆盖率保持不变(95％)，那么MCM的成品率为90％，最后装运MCM的成品率为99．5％，MCM中只有10％将需要返工。这说明合格芯片(KGD)的重要性，坏芯片越多，芯片成品率越低，它们将逃离进入MCM组装的可能性越高。如果一个MCM是由一种以上芯片类型构成，那么MCM成品率是由下面这一等式求得的。Ym=(YANA)(YBNB)(YCNC)……(YINI)这里的Ym为MC

7、M的成品率，YI为I芯片类型的芯片成品率，NI为基板上I类型芯片的数量。例如有一10个芯片的MCM，6个为A类型芯片(即NA=6)芯片成品率YA=99％，4个为B类型芯片，(NB=4)芯片成品率YB=95％，那么MCM封装成品率Ym=(0．99)6(0．95)4=77％。合格芯片解决系统应用的方法之-就是把一些芯片与分立器件-起集成于一小的共用基板上(如：硅、陶瓷、FR-4环氧树脂、BT树脂)，接着被组装进入一标准的单芯片组件(如PBGA、CBGA)，并进行检测。图4简略地示出了具有多芯片组件的IBM公司的CBGA封装的

8、断面图。3MCM的主要特征高速性：随着计算机等制造技术上的发展，要求MPU(微处理机)等信息处理装置的系统工作频率不断地提高，并要达到高速化的信号传输。高密度性：近年来，在计算机、家用电器、移动电话等产品中，都向着组装高密度化发展，以实现小型、轻量化。而采用MCM技术，是达到LSI的I／O引脚和电路布线高密度的重要途