封裝底板曲翹有望通過(guò)改進(jìn)得到解決

以“新一代半導(dǎo)體封裝微納米應(yīng)用技術(shù)”為主題的公開研討會(huì)于2009年12月16日在東京舉行（由日本電子安裝學(xué)會(huì)布線板技術(shù)委員會(huì)下屬的微納米應(yīng)用研究會(huì)舉辦）。

4項(xiàng)演講中有2項(xiàng)的話題與半導(dǎo)體封裝底板的曲翹有關(guān)。這兩項(xiàng)演講分別為NEC系統(tǒng)安裝研究所平田一郎所做的普通演講“結(jié)合樹脂粘彈性及硬化收縮的 Pkg（封裝）底板曲翹FEM（有限元法）模擬”，以及九州工業(yè)大學(xué)教授石原政道所做的特約演講“雙面電極封裝：DFP的開發(fā)及其應(yīng)用”。

特意將封裝底板做成非對(duì)稱形狀

半導(dǎo)體封裝的底板如果在主板過(guò)回流焊時(shí)發(fā)生曲翹，就會(huì)發(fā)生組裝時(shí)無(wú)法收放于機(jī)殼內(nèi)，或者焊點(diǎn)接觸不良等問(wèn)題。NEC的平田介紹了通過(guò)計(jì)算以Excel 預(yù)測(cè)曲翹量的方法，以及如何利用FEM來(lái)分析曲翹量。NEC為了在設(shè)計(jì)的上游階段就考慮底板的曲翹量，開發(fā)了對(duì)來(lái)自硬度及粘性等材料特性造成的曲翹進(jìn)行預(yù)測(cè)的計(jì)算工具。

在該演講中，平田作為曲翹問(wèn)題的解決方法及原因所指出的兩點(diǎn)令人頗感興趣。因?yàn)檫@些都是說(shuō)起來(lái)都知道但卻容易忽視的問(wèn)題。其中一點(diǎn)是要消除曲翹，只優(yōu)化底板沒(méi)有意義，必須要考慮整個(gè)封裝的形狀。一般情況下，為了減小曲翹，業(yè)內(nèi)大多采用將多層底板的層結(jié)構(gòu)沿厚度方向上下設(shè)計(jì)成對(duì)稱形狀。

不過(guò)，即使采用這一結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑶N量減至0，層間應(yīng)力也只是達(dá)到相互對(duì)稱狀態(tài)而未必是0。實(shí)際上，在封裝后對(duì)稱性就會(huì)受到破壞，這樣在過(guò)回流焊時(shí)因受熱就很可能發(fā)生曲翹。平田提出，“還有一種拋開封裝底板的對(duì)稱性，通過(guò)增加對(duì)曲翹及應(yīng)力進(jìn)行控制的層來(lái)解決的方法”。并表示今后將以這種底板為研究課題。

前提條件不同

另一點(diǎn)是過(guò)回流焊時(shí)大幅曲翹的原因?qū)嶋H上就在于樹脂硬化還未徹底完成。NEC對(duì)提高曲翹量預(yù)測(cè)精度進(jìn)行了研發(fā)。發(fā)現(xiàn)決定曲翹量的因素之一就是粘性率等材料特性。這些材料特性容易受到外力、溫度及其履歷的影響。為此NEC建立了使用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，根據(jù)外力和溫度的時(shí)間變化來(lái)考慮材料特性，由此來(lái)預(yù)測(cè)曲翹量的系統(tǒng)。

雖然通過(guò)這種模擬系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的上游（早期階段）就得到了曲翹量，但同時(shí)也需要調(diào)整模擬條件。具體而言，在回流焊條件及布線圖相同的情況下，如果外力及溫度相同的話，曲翹量就應(yīng)該相同，而結(jié)果卻是底板廠商的不同，出現(xiàn)的曲翹量也不同。因此，NEC首先決定對(duì)各廠商底板的曲翹量的不同進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)定。然而，在委托外部機(jī)構(gòu)進(jìn)行精密實(shí)測(cè)后，卻基本上未發(fā)現(xiàn)因底板廠商不同而造成的差異。

對(duì)外部機(jī)構(gòu)的曲翹量測(cè)定方法進(jìn)行確認(rèn)后發(fā)現(xiàn)，帶去的測(cè)試品在測(cè)定前都經(jīng)過(guò)了烘烤（加熱）工序。該機(jī)構(gòu)進(jìn)行烘烤是為防止與測(cè)定項(xiàng)目無(wú)關(guān)的因素造成測(cè)定結(jié)果出現(xiàn)偏差。NEC委托的試驗(yàn)品也按照這一工序在測(cè)定前經(jīng)過(guò)了烘烤。

根據(jù)在充分加熱后廠商間的曲翹量差異消失這一現(xiàn)象，NEC確立了一個(gè)假設(shè)，那就是底板廠商并未完成樹脂的硬化，樹脂的硬化是通過(guò)烘焙完成的，從而消除了底板廠商的不同而造成的差異。以前曲翹量的時(shí)間變化都是設(shè)想在樹脂硬化完成后的狀態(tài)下發(fā)生的，所以并未考慮到樹脂未硬化的情況。

于是，平田等對(duì)樹脂未硬化狀態(tài)下曲翹量會(huì)因外力及溫度發(fā)生何種變化進(jìn)行了模擬，得到了曲翹量在硬化剛剛結(jié)束前劇烈增大的結(jié)果。換句話說(shuō)，如果底板的樹脂硬化過(guò)程沒(méi)有完成，在回流焊工序中就很有可能會(huì)發(fā)生較大的曲翹。用戶在向底板廠商指定底板性能參數(shù)時(shí)一般只規(guī)定曲翹量，如果能進(jìn)一步提出完成硬化過(guò)程的要求，便可解決曲翹問(wèn)題。

“最好今后再通過(guò)海外廠商來(lái)實(shí)用化”

九州工業(yè)大學(xué)石原教授作為研究成果介紹了雙面電極封裝（DFP），這是一種把半導(dǎo)體封裝重疊起來(lái)進(jìn)行安裝的PoP（package on package）封裝中下層封裝所使用的底板。使用對(duì)封裝的塑模樹脂進(jìn)行貫通而制成的電極柱，將封裝底板上的布線引到了封裝表面，能夠在封裝的整個(gè)上下面配置端子。

原來(lái)的PoP是通過(guò)裸露底板周圍部分而不是用塑模樹脂覆蓋整個(gè)封裝底板表面來(lái)配置與上層封裝連接的端子，與之相比，此次的技術(shù)具有封裝底板不易曲翹，且封裝自由度高的特點(diǎn)。石原表示，其研究小組對(duì)低成本制造DFP用電極柱的方法進(jìn)行了開發(fā)，目前在技術(shù)上已達(dá)到了實(shí)用化水平。

但石原同時(shí)又表示實(shí)用化還面臨一些問(wèn)題。石原在尋找能夠合作的廠商時(shí)，日本廠商僅以技術(shù)負(fù)責(zé)人出面商談，之后便沒(méi)有進(jìn)展。原因是日本廠商在接受技術(shù)推銷時(shí)，估計(jì)已開始考慮競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)了。

而海外情況不同，目前已有廠商提出合作咨詢。該廠商的經(jīng)營(yíng)層聽(tīng)取了技術(shù)負(fù)責(zé)人的匯報(bào)，在對(duì)技術(shù)前景進(jìn)行判斷后迅速做出了答復(fù)。石原表示，“我所屬的九州工業(yè)大學(xué)是國(guó)立大學(xué)，當(dāng)然希望首先與日本國(guó)內(nèi)的廠商合作”，所以對(duì)海外廠商的提議一直未置可否。而與會(huì)者建議，“日本廠商在其他公司沒(méi)有實(shí)際使用過(guò)之前是不會(huì)行動(dòng)的。只要不簽訂獨(dú)家授權(quán)合同，最好還是先給該海外廠商回話”。（記者：宇野 麻由子）