多芯片机械电子功率封装用的倒装芯片焊接

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第13卷第4期混合微电子技术Vo1．13No4多芯片机械电子功率封装用的倒装芯片焊接摘要为满足汽车市场的下一代系统要求，需要新的封装技术。半导体元器件的系统功能性●的增强和对减少总成本的需要促成了多芯片封装的解决方案。使用半导体器件开关、控制和监测大电流负载将把逻辑和功率器件集成到一块共用基板上，要求这个基板具有功率耗散和载流能力，带有控制器件和互连所用的细线导体。为了实现这些目标，摩托罗拉公司的先进互连系统实验室(慕尼黑)研究出了一种新的封装概念，一种

2、采用倒装芯片焊接技术和电镀共晶SnPb焊料凸点的多芯片机械电子功率封装。为了提供一个能覆盖系统结构中不同功率等级的先进封装平台，评价了几种基板技术。关键词汽车机械电子倒装芯片可靠性绝缘金属基板多芯片封装功率耗散无焊料包覆的基板上。器件产生的功率通过1引言倒装芯片连接点和基板发散到基板的底部表采用陶瓷基板和CA技术的倒装芯片焊面，在该处的热量被扩散到用户的系统中。接是众所周知的工艺，现已被用于几种产品根据不同应用中所需的耗散等级，可以采用的制造。由于陶瓷和硅之间的热膨胀差异小不同的基板技术。选择用于工作

3、开关电流为以及CA工艺能很好地控制焊点高度，所以5A~30A的大功率机械装置的基板是带铜在这样的组装中能获得高可靠性能。但是，热沉的绝缘金属基板(IMS)。在开关电流为要求低成本、高密度、大功率和多功能的新的0．5A～5A的较低功率产品中，可用热增强应用需要简化了采用电镀凸点和新型有机的有机基板代替IMS。这样的材料叠层具有带热基板的倒装芯片焊接技术。在欧洲的先特殊的机械和物理特性，加上在未包覆的基进互连系统实验室(AISL)开发的汽车用的板上的低的焊点高度，提出了热机械应力条多芯片机械电子功率封装平

4、台涉及了许多有件下的应力控制和可靠性控制的新的难题。关这些方面的问题。该机械电子装置是把一需要有关组装中的材料和界面特性的基本知个智能控制单元(多芯片组件)集成到一个机识。在过去的两年中，摩托罗拉公司的AISL械连接器中，该连接器紧靠着它所驱动的负～E研究小组已经把重点放在开发多芯片组载放置。此多芯片组件必须提供共用基板上件机械电子功率封装用的一种稳定、可靠的的控制器件和功率器件之间的互连，所以要组装工艺上，以及进一步增强对倒装芯片焊求同时具有有效的功率耗散和载流能力以及接系统中关键参数的了解。细线导

5、体特性。此外，汽车产品环境要求低本文介绍了在带有金属热沉的绝缘金属的成本并建立一套十分完善的可靠性规范。基板(IMS)上和在有机基板上的倒装芯片组采用电镀共晶焊料凸点的倒装芯片技术件组装的比较研究。介绍了不同基板技术满能实现低电阻互连的高电气性能及降低系统足热耗散和可靠性性能规范的能力。叙述了材料成本。在多芯片机械电子封装中，所有IMS和有机基板上的倒装芯片组件的应力功率器件和控制器件被倒装芯片直接焊接在控制和可靠性控制的关键要素以及主要失效·15·维普资讯http://www.cqvip.com机理

6、。采用机械模拟、空气／／空气热冲击试的焊料凸点是摩托罗拉公司的SMD电镀工验、截面分析和SEM／EDX分析作为主要表艺制造的共晶Sn63Pb37焊料，凸点高度为征方法。125~m。组装是按照板上倒装芯片(嗍)工艺进行，采用可进行涂焊剂、安放芯片、再2实验流和下填充料涂布的全套自动设备。对于纵2．1试验载体和组装流程向功率MOSFET器件，在芯片背面焊接了图1为机械电子装置试验载体。试验基一个附加的背面金属夹片。所有组件都要经板尺寸为32mm×32ram，包含5个独立的芯过目检，抽样进行X射线检查和截面

7、分析，片位置，4个纵向M0SFET晶体管和一个菊以控制结构质量和测量关键参数。花链芯片。基板设计的最小尺寸为125tma线宽和350,urn间距。采用包括减成刻蚀和液体光成像阻焊膜的标准PCB制造工艺。绝缘金属基板(IMS)是一种叠层材料，厚的Cu底基(0．8mm～1、0mm)、填有导热陶瓷的环氧树脂介质和顶部铜电路层构成。图2介绍了层结构。标准FR4被用于不同的层结构中。电路层的厚度为35m，对于IMS和FR4标称总厚度都是1．0mm。对完全由阻焊膜限定的焊盘和由单侧阻焊膜限定的焊盘都进行了试验。图

8、2绝缘金属基板结构2．2试验方法组装后，进行菊花链芯片的电气通断测—，；；试并测量了MOSn汀器件的特性(Rdson，Igss，IdsS)。然后，组件经受空气腔气热冲击(一65℃／+15012和一40℃／+125℃)，停留时间为10分钟。在多达2000次循环的试图1组装有M；H『r晶体管和菊花链验过程中，定时对部件进行电气测试。在工芯片的机械电子封装试验载体MTv-4，艺特性鉴定阶段，空气腔气一65℃／+150"C外形尺寸为32ramx32mm热冲击是主