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採用底部填充的方法組裝PoP器件的可靠性
2010-06-08
Dan Maslyk等

    

 

  雖然,許多研究證實堆封裝(PoP)器件的板級可靠性與採用和不採用底部填充形成的封裝和不同的底部填充噴塗圖型(即:完全底部填充、角鍵合和邊緣鍵合)有關,為此,實施了跌落測試并對熱循環特性進行了研究,通過對幾項研究的評估表明:採取的底部填充決策起到一定作用,如像:僅在元件下面進行底部填充或者是在元件的上下兩面進行底部填充;或者是焊料合金的選擇對PoP可靠性的影響。本文通過PoP器件的跌落測試可靠性的研究獲得了一些數據,這些數據將隨底部填充類型和PoP焊料球合金的類型的不同而有所變化。

 

 

 

 

圖1 底部填充噴塗類型:沒有採用底部填充(上圖);只有下面進行了底部填充(中圖);上下兩面進行了底部填充(下圖)。

 


  在當今的消費者不斷地追求移動式多媒體產品更小、更薄的趨勢的推動下,電子工業也在不斷刷新設計,以使產品實現多功能、最佳性能和低成本[1]。殘酷的現實使得越來越多的功能集成於超小型化的產品中,而PoP則成為領先的3D封裝結構以應對這一挑戰。目前,PoP主要是用於集成高密度數字邏輯器件的高容量或組合存儲器(例如:DRAM和閃存)的封裝的下面(基底)置於(堆)封裝的上面[1]。

 


  雖然,PoP技術在便攜式電子產品中,如像手機、數碼相機、PDA、便攜式播放器和遊戲機等的應用迅猛發展[2,3],但是,其可靠性問題卻煩憂許多設計人員和電子產品製造廠家。隨薄形空腔形PSetCSP堆的問世,Yoshida和Ishibashi報導了板級可靠性的問題[4,5]。Yoshida et al就14×14mm PoP結構,通過將堆變形與翹曲的影響的對比進行了詳盡的研究[6]。

 


  在另一項研究中,Dreiza et al.通過對不同的無鉛焊料球合金與BGA基板焊盤塗層進行比較,確定了哪種焊點和BGA焊盤塗層為BGA界面提供了穩定的最佳的板級可靠性、成本和性能[2]。Lee et al.報導了底部填充材料和塗履圖型在熱循環下和跌落測試中對PoP可靠性的影響[7]。Toleno和Maslyk對PoP組裝工藝的三種不同連接方法進行了分析[3]。 

 

 


測試媒介物


  在此項分析中,封裝的下面放置了Amkor 0.5間距12×12mm PSvfBGA305元件,而在封裝的上面放置有Amkor 0.65間距12×12mm FBGA128元件。按照JEDEC標準設計測試用印製電路板(PCB)[8]。且板子的結構採用了Cu-OSP表面塗層的1-6-1的基板材料。然後,將元件貼裝到15個無導通孔焊盤的位置上。

 


  在本項實驗中對無鉛合金進行了評估,包括用於底部元件的SAC125(98.3Sn1.2Ag0.5Cu);用於元件上、下兩面的SAC305 (96.5Sn3.0Ag0.5Cu)。採用的底部填充方法有三種:不填充、僅在底部填充和上下兩面填充,並對這三種方法進行了分析。表1列出了具體的實驗設計。

 

 

 

表1 PoP實驗設計

 


  在組裝了PoP後,使用自動噴塗設備施加底部填充材料。採用的底部填充材料是一種低粘度的可返修的CSP和BGA底部填充材料,在室溫下快速流動,而在低溫下快速固化,因此,降低了其他元件的受熱應力。表2所列是具體的底部填充特性。就編號為 1 6的板子而言,僅在元件下面進行了底部填充。而編號為7 12板子是在元件的上下兩面都進行了底部填充。採用表3所列的參數實施底部填充的噴塗工藝。噴塗後,使用標準再流焊工藝使底部填充材料固化。

 

 

 

表2 底部填充的基本特性

 

 

表3 實驗中使用的材料和規格


  按照 JEDEC JESD22-B111技術規範,使用Landsmont model 15-D震動測試儀實施跌落測試。將測試板上有元件面朝下放到夾具上,然後拋下跌落。在每次跌落後測量其電阻,在這種測試中,電阻的變化是無限的,那麼,就確定為是失效。結果如下所述。
 

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