基于埋置式基板的三维多芯片组件的翘曲研究

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1、万方数据第5期2009年5月电子学报^Cr^Ⅱ正C丌10MCAsINI(^v01．37No．5Mw2009基于埋置式基板的三维多芯片组件的翘曲研究徐高卫，罗乐，耿菲，黄秋平，周健(中国科学院上海锻系统与信息技术研究所，传感技术国家联合重点实验室，上海200050)摘要：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(3口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

2、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(cIE)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．关键词：三维多芯片组件；埋置式基板；翘曲；有限元模拟；热机械可靠性；云纹干涉中图分类号：TN6，'lV,4，TKl24文献标识码：A文章编号：0372-2112(2009)05．1006-07WarpageofThree··DimensionalMulti·-ChipModuleBasedonEmbeddedSubstrateXUCao-wei，LUOLe，GENG

3、Fei，HUANGQiu·ping，ZHOUJian(岛彻彬，Ⅲ妇如矿M／a'myaanand如钿岫Tedmdogy，aj血Ⅸ^蜘矿&白峭，岛硼g^面200050，‰)Ab{；hacI：Thewarpageissueofthree-dimemionalmulti-chipmodule(3D-MCM)wasdi篮11ssedbyu．菇ngfiniteCh薯Dlgllt(FE)血聊l蚯∞withviscoplasticsoldermodelandl垮deformationtheory．Thecom[痂sOllresultsshowthatthe既妇西thecavity

4、intheembeddedsubstrateresultsinthedouble-bowwarpegcmode0fsubstrate。theviscoplasdcityofsolderballsresultsiIltheresidualwarpage0f3D-MCMdmngthetrap=armcycling．ThecavityinthecenterofmbsUate锄decreasethewatpage0f3D-MCM．Theapplicationclfunderfincotdd鼬旧哩蛳theiIltc托am鲥∞betwealdeviceandsubstrate

5、，anddecreasetheresichmlwarpageof3D-MCMafIcr妇坤哪n睇,a,cling．Howev盯，n鸶largeCIE(coemci眦0fltletmalexpaIision)ofunderfiUmightincmothernewfaihwemodels．FmallyexperimentalreStlltsbyMoir6fmgespatternvalidatedthepredicationofwarpagebythesi[nulafionwithviscoplasticsoldermodel．KeywOnds：3D-MCM；embed

6、dedsubstrate；warpage；FEsimulation；thenno-mechanicalreliability；Moir匹伍ngesl引言翘曲是电子封装中普遍存在的问题．其中以有机材料基板的器件如塑封球栅阵列(附)器件等面临的翘曲问题更为显著．众知其原因为多种材料间的热膨胀系数(CTE)的失配⋯．组装体在诸如回流焊等与温度变化相关的工艺过程中因CTE失配造成的残余应力和翘曲，会对后续组装工艺及最终可靠性形成潜在危害．在产品的服役过程中，器件会经历周期性温度变化，CTE失配可造成周期性的翘曲即应力和应变，从而导致互连结点疲劳破坏．所以翘曲问题不仅影响封

7、装的工艺环节而且最终会影响器件的疲劳寿命，从而加速失效．各种封装形式的翘曲现象早已引起电子封装界的注意和兴趣【2-3J．酗等利用线性小变形和非线性大翘曲对层叠BGA(球栅阵列)结构进行了仿真，并研究了叠层BGA阵列的翘曲特性【4jJ．Mousley、Ume等人早期对印制板(PCB)工艺过程中的翘曲现象进行了研究【6-7J并采用云纹干涉等方法进行了观测埔J，脚n等采用响应面方法分析了翘曲现象旧J，Poldetal对基于倒装焊的芯片叠层封装结构进行了优化研究。结果表明封装结构很小的变化对三维封装的翘曲特性有很多的影响[10J．国内也有部分关于翘曲的研究，但主要局限于单

8、芯片器件或