再布线圆片级封装可靠性研究

摘要

集成电路封装是半导体产业后端的重要环节。近几十年来，半导体产业依靠前端工艺技术的飞速发展取得了辉煌的成果，但集成电路封装已经成为了制约电子产品发展的关键性因素。圆片级封装(Wafer Level Package)技术能够以整块硅圆片为加工对象，同时对圆片上的所有芯片进行封装、老化、测试等工序，并最后切割成单个器件，使生产成本大幅下降，具有尺寸小、散热性能好、封测成本低等优点。WLP中的再布线结构可以通过改变焊盘布局等方式提升I/O密度;在再布线层中也可以集成无源器件，使得器件的集成度进一步上升。本文对再布线结构对WLP器件可靠性的影响进行了研究，所得结果对WLP器件的结构设计和可靠性改善提供了参考。
　　按照JEDEC标准对不同节距及球径的再布线WLP器件进行了温度循环可靠性实验，实验结果表明，随样品节距/焊球直径减小，器件的可靠性降低;相同节距时，焊球直径越小可靠性越低。通过失效分析发现了三种典型的失效模式。单侧（芯片侧或PCB侧）焊球断裂为最主要的失效模式;焊球直径较大的器件，会发生RDL与UBM脱离的失效;当焊球直径较小时，失效与再布线结构无关，会发生斜线型断裂。有限元模拟结果显示应力集中点与失效发生位置一致，且硅片内部存在应力集中区域，会使芯片中产生裂纹甚至造成断裂。作为对比，一种不含RDL结构的铜柱结构WLP样品的温度循环可靠性明显低于对应尺寸的再布线WLP样品，失效分析结果表明实验使用的铜柱结构对可靠性影响较大。
　　对小节距WLP器件进行了振动可靠性的研究，结合初步实验结果，设计了一种可行的测试方法。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 圆片级封装(WLP)技术

1．2 再布线技术在圆片级封装中的应用

1．3 圆片级封装可靠性研究现状

1．4 本文的研究内容

第二章 温度循环可靠性试验方法

2．1 试验标准及条件

2．2 试验样品

2．2．1 WLP元件

2．2．2 PCB基板设计

2．2．3 WLP样品组装

2．2．4 样品初值及实时监测

第三章 再布线WLP温度循环可靠性

3．1 影响再布线WLP器件可靠性的因素

3．2 再布线结构对WLP器件可靠性的影响

3．3 失效分析

3．3．1 铜柱结构对可靠性的影响

3．4．2 再布线结构圆片级封装器件的三种失效模式

3．4．3 其他失效情况

3．4 有限元模拟

3．5 本章小结

第四章 小节距WLP振动可靠性实验研究

4．1 测试标准

4．2 实验设计

4．3 实验结果及讨论

4．3 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

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