晶圆级封装翘曲研究及仿真自动化

晶圆的翘曲一直是晶圆级封装工艺面临的重要挑战。本文针对晶圆的非线性翘曲现象,分别对多种有限元仿真方法进行比较,并提出了一种基于非对称网格的非线性仿真方法;结果表明,采用非对称网格的方法能够得到与测试结果一致的拱型翘曲,同时仿真与实测误差为2.22%,低于其他仿真方法。利用该方法深入研究了晶圆降温过程翘曲变形的过程,并对模型中EMC厚度进行了参数化分析,揭示了晶圆翘曲随EMC厚度变化的影响趋势。最后本文对美国ANSYS公司的有限元分析软件（ANSYS）进行二次开发,使得软件能够自动、快速、准确地获得晶圆的翘曲结果。     

一种基于扇出晶圆级封装技术的控制模块设计

随着摩尔定律放缓,各种先进封装技术成为半导体产业的重要研究内容.同时,这些技术也为系统工程师们如何实现定制电路小型化提供了更多样的选择.在对已有SiP技术研究的基础上,基于国内工艺线,尝试使用扇出晶圆级封装技术实现一款控制模块,为该技术在数模混合系统小型化中的应用提供参考.     

晶圆尺寸级封装器件的热应力及翘曲变形

晶圆尺寸级封装(WLCSP)器件的尺寸参数和材料参数都会对其可靠性产生影响。使用有限元分析软件MSCMarc,对EPS/APTOS生产的WLCSP器件在热循环条件下的热应力及翘曲变形情况进行了模拟,分析了器件中各个尺寸参数对其热应力及翘曲变形的影响。结果表明:芯片厚度、PCB厚度、BCB厚度和上焊盘高度对WLCSP的热应力影响较为明显。其中,当芯片厚度由0.25mm增加到0.60mm时,热应力增加了21.60MPa;WLCSP的翘曲变形主要受PCB厚度的影响,当PCB厚度由1.0mm增加到1.60mm时,最大翘曲量降低了20%。     

基于硅基扇出(eSiFO?)技术的先进指纹传感器晶圆级封装工艺开发

传统的晶圆级芯片封装(WLCSP)是一种标准的扇入式封装结构。随着I/O数的增加,无法为重布线层(RDL)提供足够的区域。近年来,在芯片周围形成扇出区域的嵌入式封装技术发展起来,其具有I/O数目高、成本低、集成灵活、体积小等优点。晶圆扇出型封装(FOWLP)通常采用环氧塑封复合料(EMC),其面临翘曲、各层热膨胀系数(CTE)不匹配、成本高昂等难题。报道了一种全新的晶圆级嵌入式硅基扇出技术,名为eSiFO^?,其用于实现电容式指纹传感器封装。在这个创新的集成器件中,一个5.6 mm×1.0 mm的ASIC芯片被减薄到90μm,然后嵌入到硅基槽中重建一个新的晶圆。在整个工艺过程中,金属的覆盖面积达80%以上,但晶圆的翘曲小于2 mm。整个晶圆级封装工艺使用了10个掩模版,其产品良率达到98%。该产品通过了包括预处理测试、温度循环(TCT)测试、高加速温湿度应力试验(u-HAST)和高温贮存试验(HTST)在内的标准可靠性测试。     

晶圆级封装的优化散热分析

通过有限元分析软件ANSYS,对一款晶圆级封装的产品进行有限元分析仿真,讨论了空气对流系数、环境温度、基板厚度、焊球间距等因素对芯片热阻的影响。结果表明:考虑成本、散热等综合因素,选择空气对流系数为25×10–6W/(mm·℃)基板厚度为0.10 mm、焊球间距为0.5 mm为最优参数,可满足实际生产需要。     

晶圆级芯片尺寸封装技术

尺寸缩减几乎是电子封装技术应用的主要驱动力之一。高功能性和高可靠性与尺寸缩减的相互作用,也是所有微电子系统的决定因素。因此,最佳产品设计、最小单芯片封装和板技术的最佳结合,将提供最佳解决方案。晶圆级CSP将是匹配所有电子系统要求、降低总成本的单芯片封装技术的最佳方案。     

基于晶圆键合的MEMS圆片级封装研究综述

为提升微机电系统（MEMS）器件的性能及可靠性,MEMS圆片级封装技术已成为突破MEMS器件实用化瓶颈的关键,其中基于晶圆键合的MEMS圆片级封装由于封装温度低、封装结构及工艺自由度高、封装可靠性强而备受产学界关注。总结了MEMS圆片级封装的主要功能及分类,阐明了基于晶圆键合的MEMS圆片级封装技术的优势。依次对平面互连型和垂直互连型2类基于晶圆键合的MEMS圆片级封装的技术背景、封装策略、技术利弊、特点及局限性展开了综述。通过总结MEMS圆片级封装的现状,展望其未来的发展趋势。     

晶圆级封装技术的发展

晶圆级封装(wafer level package,WLP)具有在尺寸小、电性能优良、散热好、性价比高等方面的优势,近年来发展迅速。本文概述了WLP封装近几年的发展情况,介绍了它的工艺流程,得以发展的优势,并说明了在发展的同时,存在着一些标准化、成本、可靠性等问题,最后总结了WLP技术的发展趋势及前景。     

圆片级真空封装技术在MEMS陀螺中的应用

为维持MEMS硅微陀螺的真空度,利用两次硅-玻璃阳极键合和真空长期维持技术,实现了MEMS硅微陀螺的圆片级真空气密性封装。制作过程包括:先将硅和玻璃键合,在硅-玻璃衬底上采用DRIE工艺刻蚀出硅振动结构;再利用MEMS圆片级阳极键合工艺在10-5 mbar(1 mbar=100 Pa)真空环境中进行封装;最后利用吸气剂实现圆片的长期真空气密性。经测试,采用这种方式制作出的硅微陀螺键合界面均匀平整无气泡,漏率低于5.0×10-8 atm.cm3/s。对芯片进行陶瓷封装,静态下测试得出品质因数超过12 000,并对样品进行连续一年监测,性能稳定无变化。     

MEMS圆片级封装用Cu-Sn低温键合机理与工艺研究

研究了利用低温等温凝固技术实现Cu-Sn键合在MEMS圆片级封装中的应用.基于Cu-Sn二元平衡相图,对键合层结构进行了设计,同时设计了用于测试的键合图形,并对设计的键合结构进行了流片实验.通过对圆片制作及键合等工艺的一系列优化,在250℃的低温条件下生成了熔点为415℃的金属间化合物,获得了良好的键合层.得到的键合样品剪切力强度值达到了GJB548B-2005标准的要求.研究表明,Cu-Sn等温凝固键合技术具有实际应用的潜力.     

RF MEMS开关封装的通孔工艺研究

将喷胶技术应用到金属互联工艺中,此方法可以用于器件的封装。具体工艺步骤如下:在衬底与硅帽键合结束后在底部湿法刻蚀孔200μm。在孔中利用PECVD生长SiO2,优化喷胶工艺在盲孔底部进行光刻,RIE除去SiO2后电镀金与衬底正面器件实现金属互联,传输线从衬底底部引出。针对整个流程中关键的步骤,进行20μm深孔光刻实验,结果证实能在深孔中光刻图形。     

FBGA封装翘曲的黏弹性仿真与验证

窄节距焊球阵列(FBGA)封装在现代电子产品中应用广泛,翘曲是这种条带形式封装结构的一个重要性能指标.封装翘曲主要是在模塑工艺中产生的,一方面是降温过程中材料间热膨胀系数不匹配,另一方面是环氧模塑料(EMC)在模塑过程中的化学收缩造成的.另外,模塑材料后固化(PMC)过程中的应力松弛效应也是影响翘曲的重要因素.运用有限元分析(FEA)方法,研究了热失配、EMC化学收缩及其黏弹性特性三个因素对FBGA翘曲的影响.仿真结果表明,EMC化学收缩可以有效补偿热失配引起的翘曲;同时,EMC应力松弛效应也能明显改善翘曲.FBGA产品在模塑和后固化工艺后的翘曲测量值与有限元预测结果具有较好的一致性.     

晶圆级封装对声表滤波器性能的影响

声表器件表面换能器非常敏感,一旦污染将严重影响器件的性能。因此在实际使用过程中需要用特殊的封装方式对声表滤波器芯片加以保护。但是封装外壳的寄生参数(杂散)会对滤波器性能产生严重影响。该文通过电磁仿真软件(ADS-momentum)分析晶圆键合封装(WLP)对Band1双工器性能的影响。最大限度地降低封装对双工器的影响。仿真结果表明,不同的封装结构对滤波器的带外抑制和隔离度有极大影响。通过优化封装焊盘和封装材料设计,可提高带外抑制5~7dB。     

对表面安装封装体的粘弹性翘曲问题的分析

为了确保表面安装封装体优良的焊点连接,减少LSI封装的翘曲是一关键性的问题。把有限元和各种计算方法进行不同地结合,是研究预测薄型小外形封装(TSOP)翘曲问题的最佳方法。研究结果表明预测翘曲问题最合适的方法是使用多层壳体元缩减切变模量和体积模量,计算出粘弹性GK。所有的计算结果证明化合物厚度比为1.2,会使大芯片TSOP的翘曲问题最小化。对小芯片TSOP而言,化合物厚度比为2.0～2.9,减轻了封装翘曲问题。小芯片TSOP的翘曲显示出严重的鞍形状况。封装的翘曲率及翘曲幅度依赖于模塑料的特性。     

硅热流量传感器封装的热模拟分析

针对硅热流量传感器的封装,给出了其一维简化理论模型,并采用有限元分析工具ANSYS/FLOTRAN,建立了该封装结构的热模型．模拟结果显示,该封装后的传感器的温度场与未封装传感器相似,证明陶瓷封装结构是可行的;同时比较了封装前后传感器性能的差异,并进一步分析了传感器的热性能和其特征尺寸的关系．该模型的建立,可以减少大量的模拟分析过程,减小计算量,研究结果将为该传感器封装的进一步优化设计提供理论参考和依据．     

电子封装QFP组件热疲劳有限元分析与研究

利用有限元分析方法,通过ANSYS分析软件建立三维立体模型,模拟方形扁平式封装(QFP）组件在整个散热过程中所发生的变化;处理各个组件的温度分布云图,从而了解到整个封装的温度分布;并对结果进行了分析与研究。研究结果表明：最终模拟计算的结果与实际试验的结果基本一致。     

晶圆级封装中的SnPb焊料凸点制作工艺

以晶圆级封装工艺技术(WLP)研究为基础,阐述了电化学淀积SnPb焊料凸点的工艺控制过程。采用电化学淀积方法,制备出150μm高(均匀性为±10μm)的SnPb焊料凸点。经扫描电镜分析,SnPb焊料凸点的成份含量(63/37)控制在5%范围之内。     

表面翘曲度对晶圆直接键合的影响

根据薄板弯曲理论,推导出晶圆表面翘曲度及夹具形状影响晶圆直接键合的理论公式,很好地解释了晶圆材料性质及尺寸大小对直接键合的影响.利用理论公式比较了晶圆在外压力和无外压力作用下翘曲度对晶圆直接键合的不同影响,结果表明晶圆键合后的形状由晶圆的初始形状及键合所用的夹具决定.最后应用有限元进行了仿真分析,仿真结果表明,晶圆存在一定翘曲度时施加合适的外压力将有助于晶圆的直接键合.