倒裝芯片封裝內部的應力監(jiān)測技術研究.pdf

1、電子封裝是集成電路芯片轉化為實用電子產(chǎn)品過程中必不可少的一步，起到電子模塊互連、機械支撐、保護等作用，可以顯著地提高芯片的可靠性。針對高性能要求的電子封裝體系，倒裝封裝開始成為高密度電子封裝的主流方法;同時，三維封裝的出現(xiàn)也為更高密度的電子封裝提供可能。在電子封裝體系中，由于芯片、基板、焊球、下填料等材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)不同，在封裝工藝中很容易引入熱應力，對芯片的性能及可靠性產(chǎn)生不良的影響。通過有效的方法測量電子封裝工藝過程中產(chǎn)生

2、的應力，可以幫助了解封裝工藝條件對應力大小的影響，對完善電子封裝工藝參數(shù)，提高電子產(chǎn)品的可靠性有十分重要的意義。
　　本文利用半導體壓阻效應，在SOI(Silicon-On-Insulator)片上制造力敏電阻，形成應力傳感器芯片。通過在芯片上制造陣列分布的應力傳感器，可以得到芯片表面應力的分布狀況;同時設計鉑電阻作為溫度傳感器，測量在不同工藝溫度下芯片應力的變化。利用四點彎曲的方法標定力敏電阻的壓阻系數(shù)，并通過柔性基板互連標定力

3、敏電阻的溫度系數(shù)，用以校準溫度變化過程中芯片應力的計算。
　　將應力傳感器陣列芯片（5×5陣列，8mm×8mm）倒裝鍵合于PCB(PrintedCircuit Board)基板，測量得到倒裝工藝所產(chǎn)生的應力大小約為200-300MPa，且芯片邊緣及四角應力略大于中心部位。對于不同尺寸的倒裝芯片，研究發(fā)現(xiàn)大尺寸芯片由于在倒裝過程中形變程度較大，由倒裝工藝所產(chǎn)生的應力更大。在倒裝芯片底部填充不同性能的下填料，可以產(chǎn)生30-120MPa

4、不等的應力，且固化應力的大小隨下填料熱膨脹系數(shù)及固化時間的增大而增大。當下填料的玻璃化轉變溫度(Tg)低于固化溫度時，由于在固化過程中處于橡膠態(tài)，而產(chǎn)生較大的形變，從而引起更大的固化應力。在下填料的固化過程中，芯片應力呈現(xiàn)先增大后減小的現(xiàn)象，當結束固化并開始降溫后，芯片應力再次回升。通過熱循環(huán)實驗發(fā)現(xiàn)，倒裝芯片應力隨循環(huán)次數(shù)的增加而減小，對含有下填料的樣品則應力變化不明顯。
　　使用貼片膠實現(xiàn)倒裝芯片的三維疊層封裝，對于與底層芯片