[00767656]微电子封装倒装芯片叠层凸点技术研究

微电子封装直接影响着电子产品的电、热、光和机械性能，影响着电子产品的可靠性和成本，对电子产品与系统的小型化有举足轻重的作用。微电子封装技术面临着更多的I/O引脚数，更高的电性能和热性能，更轻、薄、小，更高的可靠性和更高的性价比却更低的成本的严峻挑战。芯片互连技术在整个电子封装中占有举足轻重的地位并贯穿于封装的全过程，作为三大芯片互连技术之一的FCB技术具有封装密度最高、良好的电和热性能、可靠性好及成本低的明显优点，是一种能够适应未来电子封装发展要求的芯片互连技术，而凸点形成是FCB技术工艺过程的关键。对互连可靠性要求的进一步提高，推动了对倒装芯片凸（焊）点互连可靠性研究的发展，相关研究成果表明凸点（焊点）的高度是影响倒装芯片热循环可靠性最重要的关键因素，凸点（焊点）的疲劳寿命随凸点（焊点）高度增加而增加，而通过采用凸点（焊点）堆叠设计可以得到较高的凸点（焊点），从而延长凸点（焊点）寿命，提高了芯片互连的可靠性。因此，对叠层凸点展开相关研究具有实际意义及工程应用价值。采用机械打球法的钉头凸点制造技术可利用现有的键合设备，加工工艺简单、易操作，适于研究、研制和中小批量生产用倒装芯片凸点的获取。国内在用打球法制作单层Au凸点有少数报道，而在叠层凸点的制作及应用方面目国内基本还属于空白，尚未有对叠层金凸点进行研究的报道。国外学者大多采用叠层低熔点焊料凸点的方法来实现凸点的叠层，这种制作方法加工工艺复杂，制作难度大，成本高，仅仅适用与大规模生产的场合，对于研究、研制和中小批量生产用倒装芯片凸点的获取不适用。因此，为适应国内对高可靠性、低成本、中小批量生产用倒装叠层凸点的需要，有必要展开叠层钉头凸点相关技术研究，为叠层凸点的实际应用提供技术支持和保障。为此，该课题组拟以微电子封装倒装芯片叠层金钉头凸点为研究对象，采用有限元数值模拟和实验室工艺样件试制验证两种手段，对倒装芯片叠层金钉头凸点进行系统的研究，实现了以下研究目标：应用有限元模拟方法研究关键工艺参数的变化对叠层金凸点形态影响规律，得到了高度一致性好的凸点的最优键合工艺参数组合，并用于指导试制叠层金凸点； 用有限元模拟的手段，研究了热循环和随机振动加载条件下倒装芯片叠层金凸点可靠性，揭示了各种加载条件下叠层凸点结构参数对凸点应力应变的影响规律，确定了相应的最优结构参数组合； 综合考虑振动和热循环工作环境，通过对热与振动复合载荷条件下的倒装芯片叠层金钉头凸点可靠性研究，揭示了叠层金凸点在热与振动复合载荷条件下的失效机理，为提高热与振动复合载荷条件下倒装芯片叠层凸点的可靠性提供了指导，为倒装芯片叠层凸点技术的工程化应用奠定了理论基础，具有重要的理论意义和工程应用价值。