晶圆尺寸级封装器件的热应力及翘曲变形

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1、第28卷第11期电子元件与材料Vol.28No.112009年11月ELECTRONICCOMPONENTSANDMATERIALSNov.2009研究与试制晶圆尺寸级封装器件的热应力及翘曲变形牛利刚，杨道国，李功科（桂林电子科技大学机电工程学院，广西桂林541004）摘要:晶圆尺寸级封装（WLCSP）器件的尺寸参数和材料参数都会对其可靠性产生影响。使用有限元分析软件MSCMarc，对EPS/APTOS生产的WLCSP器件在热循环条件下的热应力及翘曲变形情况进行了模拟，分析了器件中各个尺寸参数对其热应力及翘曲变形

2、的影响。结果表明：芯片厚度、PCB厚度、BCB厚度和上焊盘高度对WLCSP的热应力影响较为明显。其中，当芯片厚度由0.25mm增加到0.60mm时，热应力增加了21.60MPa；WLCSP的翘曲变形主要受PCB厚度的影响，当PCB厚度由1.0mm增加到1.60mm时，最大翘曲量降低了20%。关键词:晶圆尺寸级封装；热应力；翘曲变形；器件结构尺寸doi:10.3969/j.issn.1001-2028.2009.11.014中图分类号:TM931文献标识码:A文章编号:1001-2028（2009）11-0048-

3、04ResearchonthethermalstressandwarpageofWLCSPdeviceNIULigang,YANGDaoguo,LIGongke(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,GuilinUniversityofElectronicTechnology,Guilin541004,GuangxiZhuangzuZizhiqu,China)Abstract:Thesizesandmaterialparametersofwaferlevelchi

4、pscalepackage(WLCSP)devicewouldhaveaninfluenceonthereliabilityofWLCSP.AWLCSPdeviceofEPS/APTOSwasstudiedbythefiniteelementanalysissoftware.Theresultsshowthatthechipthickness,BCBthickness,theheightofuppadandPCBboardthicknesshaveevidenteffectonthethermalstress.T

5、hethermalstressincreases21.60MPawhenthechipthicknessincreasesfrom0.25mmto0.60mm.AndPCBthicknessinfluencedmainlybythewarpage.ThewarpageofWLCSPdecreasesby20%whenthethicknessincreasesPCBfrom1.0mmto1.6mm.Keywords:WLCSP;thermalstress;warpage;devicestructuresizes晶圆

6、尺寸级封装（WLCSP）是在IC电路完成后，其可靠性的比较少，国外的研究主要集中在对直接对晶圆进行整体封装，划片后即为单个分立的WLCSP新结构的研发以及针对性的可靠性测试等方元件，可直接进行组装等后道工序生产。它是一种面。笔者选用半导体商EPS/APTOS的WLCSP器件，真正意义上的芯片尺寸封装，是一种以BGA技术为用有限元分析软件MSCMarc分析其基本的结构尺基础，经过改进和提高的CSP，综合了BGA、CSP寸参数对其热应力及翘曲变形的影响。的技术优势。WLCSP使用两层BCB（苯丙环丁烯）[2]1热应力

7、分析或PI（聚酰亚胺）作为介质层和保护层，所使用的工艺仍是传统的金属沉积、光刻和蚀刻技术，最后材料具有热胀冷缩特性，在温度作用下会发生也无需模塑封等，这与IC芯片制作完全兼容，所以，体积变化，产生热应变。当结构的热应变受到约束这种WLCSP在成本、质量上明显优于其他CSP的不能自由发展时，就会产生热应力。约束可能是外制作方法，特别是在中、低I/O数的CSP制作中，界环境施加的，也可能是由于结构各部分之间线膨[1]WLCSP发展更具优势。国内研究WLCSP材料及胀系数αl差异引起的。收稿日期：2009-06-11通

8、讯作者：杨道国基金项目：国家自然科学基金资助项目（No.60666002）作者简介：杨道国（1963－），男，广西桂林人，教授，从事微电子封装与组装方面的研究，E-mail:d.g.yang@guet.edu.cn；牛利刚（1980－），男，河北邯郸人，研究生，研究方向为微电子封装可靠性，E-mail:gstnlg@yahoo.com.cn。第28卷第11期牛利刚等：晶圆