存储卡类产品的封装设计、工艺规划及质量控制方法

摘要

存储卡类产品作为手机、数码相机、MP3/MP4、PDA等便携式电子产品的主要存储器件，其对更轻、更薄、更小、更高可靠性、更低功耗的不断追求，使得对存储卡类产品封装质量的要求也越来越高。存储卡类产品质量的生命周期是由市场调研、产品开发、封装设计、工艺流程的制定和优化、生产技术准备、制造过程、质量检验、销售、服务及使用等多个过程构成。从企业的角度来看，存储卡类产品早期封装的研发设计过程是实现产品封装质量和可靠性的前提条件；而对于产品封装制造过程而言，只有生产的工序质量和相应的封装设备满足了制造要求，才能实现产品开发与设计所设定的质量日标，也才能生产出满足用户期望的优质产品。论文主要研究存储卡类产品在采用COB技术（Chip on Board，板上芯片封装）进行芯片堆叠封装过程中所涉及的质量控制问题，基于“全面质量控制”的思想，围绕存储卡类产品封装的结构设计和上艺流程的优化、关键封装工序的质量控制以及封装设备中精密定位平台的关键技术等方面，进行了封装质量控制的相关研究，主要的内容包括以下几个方面：
　　 (1)从提高存储卡类产品存储容量的角度，针对三种芯片堆叠方案中芯片间的爆垫位置、布线密度及芯片间距等方面，进行了封装堆叠方案的缺陷分析，提出了一种采用转接芯片实现焊垫位置转移的优化方法，并从实际应用的角度，制定了转接芯片尺寸的设计原则。
　　 (2)以一种具有三层芯片堆叠结构的Micro SD卡产品为对象，分析了该类产品住芯片堆叠封装方案上可能存在的一些结构和工艺方面的问题，并对该类Micro SD卡产品的堆叠封装结构进行了改进；应用有限元方法对比分析了Micro SD卡封装结构改进前后的封装体内的热应力分布情况，以及封装体可能存在的失效形式；结合热一应力耦合分析的结果，提出了存储暑卡类产品进行芯片堆叠封装的设计原则。
　　 (3)以一种具有四层芯片堆叠结构的Micro SD卡产品为研究对象，提出了一种适合于该类产品封装工艺流程优化的多工序质量预测模型，并以该模型为判定依据，减少了芯片堆叠封装工艺流程中关键工序的可重入次数，进而优化了Micro SD卡的封装工艺流程；以固化工艺为例，应川有限元方法分析了固化工艺的起始阶段（加热1M后），在芯片堆叠封装体内的温度及热应力的分布情况，以此预测了固化工艺起始阶段可能产生的热失效形式，并验证了质量预测模型在工艺流程优化中的可行性。
　　 (4)从控制引线键合设备（劈刀）运动轨迹的方面入手，提出了一种在芯片堆叠封装中，可有效降低底层芯片与基板间互连高度的M形正向打线工艺的形成方法：应用有限元方法分析了直径为25μm的金线在引线键合结束后，进行BPT(Bond Pull Test)试验的应力分布情况，以此预测该金线在受拉情况下的失效形式，并验证M形低弧打线方式的可操作性。
　　 (5)设计了基于一种二自由度并联解耦机构的XY向精密定位平台（I型和II型），该平台可有效改善传统封装设备中精密定位平台在运动性能方面的不足；从机构运动副分析的角度，提出了平动解耦的构型思想，分析了二自由度并联解耦机构的构型原理；建立了II型XY向定位平台的空间模型，将多维的平台机构中的杆件尺寸空间转化为三维的无量纲杆件尺寸空间，并用X—Y坐标实现了空间坐标的转换，为平台实际尺寸的设计提供了依据。
　　 (6)采用多变异分析方法，对从晶圆减薄工序后采集的圆片样本数据进行分析，验证了位置间的变异是晶圆减薄工序中的主要变异来源；以晶圆减薄工序为例，进行了封装工序质量分析与管理系统的开发，指出了系统设计的主要内容以及系统功能实现的关键技术。