先进封装技术发展趋势.doc

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1、先进封装技术发展趋势2010-3-611:23:09作者：MahadevanIyer,TexasInstruments,Dallas來源：半导体国际核心提示：随着电了产品在个人、医疗、家庭、汽车、环境和安防系统等领域得到应用，同时在口常生活屮更加普及，对新型封装技术和封装材料的需求变得愈加迫切。电了产品继续在个人、医疗、家庭、汽车、环境和安防系统等领域得到新的应用。为秋得推动产业向前发展的创新型封装解决方案(图1),在封装协同设计、低成木材料和高可靠性互连技术方血的进步至关重要。TechnologyTrendsliudMDIP.PGA.PtC

2、GQFPSMTBGA..BGKCSP.FCBGAbufnp,fllfbchipinterconnectttMMvnalmanaoementStackingdie*tiiinnlngFC.POP.FCCSP,WSRSONtQFNEmbeddedS

3、芯片和多芯片组件中三维封装互连的使用，以及将集成电路与传感器、能量收集和生物医学器件集成的需求，要求封装材料具有低成木并易于加T。为支持晶圆级凸点加工，并可使用节距低于60糾凸点的低成木晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP),还需要突破一些技术挑战。最后，血对汽车、便携式手持设备、消费和医疗电了等领域屮快速发展的MEMS器件带来的特殊封装挑战，我们也要有所准备。封装设计和建模建模设计工具已经在电了系统开发屮得到长期的使用，这包括用于预测基木性能，以保证性能的电学和热学模型。借助热机械建模，可以验证是否满足制造可行性和可靠性的要求。分析的H标是获得第

4、一次试制时就达到预期性能的设计。随着电了系统复杂性的增加以及设计周期的缩短,更多的注意力聚焦于如何将建模分析转换到设计工程开始时使川的协同设计T具Z中，优化芯片的版图和架构并进行必要的拆分，以最低成本的付出获得最高的性能。为实现全面的协同设计，需要突破现今商业化建模工具屮存在的一些限制。目前的工具从CAD数据库获得输入，通常需要进行繁杂的操作来构建用于物理特性计算的网格。不同的工具使川不同IP的特定方法来划分网格，因而对于每种工具需要独立进行网格的重新划分。重复的网格划分会浪费宝贵的设计时间，也会增加建模成木。网格重新划分也限制了在这三种约束

5、下进行多个参数折屮分析的可行性。图2.复杂的芯片叠层和互连方案需要谨慎的机械和电学建模。未来的工具必须通过访问同一个CAD数据库，在所有这三个约束下进行迭代分析，不需要用户干预就可白动进行网格划分，并通过合适参数的成木•功能最小化来优化设计。软件T具提供商要么考虑这些关键需求，要么去冒出局的风险（图2）o电学建模的目标是精确地分析整个系统，包括从源芯片和封装体通过对应PCB板进入要接收的芯片内部。不断增加的系统性能和结构复杂性，给电学建模提出了很大挑战。在较高频率下，系统屮较多的结构接近相当大比例的波长尺寸，将伴生有电磁干扰（EMI）的耦合风

6、险。所用传输线或波导器件数目的增加，使得时序分析更加关键，也要求将诸如介质层厚度和连线宽度等制造误并包含进去。对于叠层芯片、叠层封装等三维封装以及穿透硅通孔（TSV）等互连技术，T稈师必须考虑与芯片顶部和芯片底部结构的耦合。为应对这些新出现的复杂性，业界需要新熨求解算法和问题分割来突破目前在求解速度和问题规模方面的限制。丁稈师使用热学建模来优化芯片、封装和系统的功率承载能力，确保在使用过稈屮芯片不会超过结温限制。热学问题通常是一个系统（甚至包括使川芯片的结构）问题，因为系统和结构是造成一个独立芯片热沉的原因。必须考虑空气流动、系统内部构造、外

7、部环境、临近组件位置以及其他一些因素，以准确预测系统工作温度。三维封装将功率集屮于更小体积之内，需要进行充分的测量来管理增加的功率密度，要在芯片热点分布的分辨率水平上进行分析。在这种系统复杂性水平上,进行热学建模面临很大挑战，业界止进行广泛合作来为不同等级的域开发合适的集总模型和边界条件。热机械分析主要为了确保电了纽•件最优的制造可行性和可靠性，同时也指导新型TSV技术的可靠性研究和片上介质层的材料选择。系统设计则集中于冲击负荷和振动条件下如何提高可靠性。MEMS也需要协同设计，需要在各种封装应力下调节器件性能。最重要的是，T程师必须了解诸如

8、热膨胀、模量、拉伸强度、粘性行为和疲劳行为等材料性能，来提供有效的可靠性预测。不仅要在室温条件下获取粘性和疲劳特性，还需要在焊球冋流温度和温度循环极限条件下获取。互